int collatzLength(long n, int *collatz) {
  long next = n % 2 ? 3 * n + 1 : n / 2;
  if (n <= 1000000)
    if (collatz[n])
      return collatz[n];
    else
      return collatz[n] = 1 + collatzLength(next, collatz);
  else
    return 1 + collatzLength(next, collatz);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<collatzLength>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x30,%rsp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %rsi,-0x18(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    $0x2,%ecx
cqto
idiv   %rcx
cmp    $0x0,%rdx
je     114a <collatzLength+0x3a>
imul   $0x3,-0x10(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
jmp    115c <collatzLength+0x4c>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    $0x2,%ecx
cqto
idiv   %rcx
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
cmpq   $0xf4240,-0x10(%rbp)
jg     11ba <collatzLength+0xaa>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x10(%rbp),%rcx
cmpl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
je     1197 <collatzLength+0x87>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x10(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11cd <collatzLength+0xbd>
mov    -0x20(%rbp),%rdi
mov    -0x18(%rbp),%rsi
call   1030 <collatzLength@plt>
add    $0x1,%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
mov    -0x10(%rbp),%rdx
mov    %eax,(%rcx,%rdx,4)
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11cd <collatzLength+0xbd>
mov    -0x20(%rbp),%rdi
mov    -0x18(%rbp),%rsi
call   1030 <collatzLength@plt>
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x30,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<collatzLength>:
push   %rbp
push   %r14
push   %rbx
mov    %rsi,%r14
mov    $0xffffffff,%ebp
jmp    1139 <collatzLength+0x29>
xchg   %ax,%ax
mov    %rbx,%rdi
shr    $0x3f,%rdi
add    %rbx,%rdi
sar    %rdi
add    $0x1,%ebp
cmp    $0xf4240,%rbx
jle    114b <collatzLength+0x3b>
mov    %rdi,%rbx
test   $0x1,%bl
je     1120 <collatzLength+0x10>
lea    (%rbx,%rbx,2),%rdi
add    $0x1,%rdi
jmp    112d <collatzLength+0x1d>
mov    (%r14,%rbx,4),%eax
test   %eax,%eax
jne    1162 <collatzLength+0x52>
mov    %r14,%rsi
call   1030 <collatzLength@plt>
add    $0x1,%eax
mov    %eax,(%r14,%rbx,4)
add    %ebp,%eax
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @collatzLength(i64 %0, i32* %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i64
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i64
store i64 %0, i64* %4
store i32* %1, i32** %5
%7 = load i64, i64* %4
%8 = srem i64 %7, 2
%9 = icmp ne i64 %8, 0
br i1 %9, label %10, label %14
10: ; preds = %2
%11 = load i64, i64* %4
%12 = mul nsw i64 3, %11
%13 = add nsw i64 %12, 1
br label %17
14: ; preds = %2
%15 = load i64, i64* %4
%16 = sdiv i64 %15, 2
br label %17
17: ; preds = %14, %10
%18 = phi i64 [ %13, %10 ], [ %16, %14 ]
store i64 %18, i64* %6
%19 = load i64, i64* %4
%20 = icmp sle i64 %19, 1000000
br i1 %20, label %21, label %40
21: ; preds = %17
%22 = load i32*, i32** %5
%23 = load i64, i64* %4
%24 = getelementptr inbounds i32, i32* %22, i64 %23
%25 = load i32, i32* %24
%26 = icmp ne i32 %25, 0
br i1 %26, label %27, label %32
27: ; preds = %21
%28 = load i32*, i32** %5
%29 = load i64, i64* %4
%30 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %29
%31 = load i32, i32* %30
store i32 %31, i32* %3
br label %45
32: ; preds = %21
%33 = load i64, i64* %6
%34 = load i32*, i32** %5
%35 = call i32 @collatzLength(i64 %33, i32* %34)
%36 = add nsw i32 1, %35
%37 = load i32*, i32** %5
%38 = load i64, i64* %4
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %37, i64 %38
store i32 %36, i32* %39
store i32 %36, i32* %3
br label %45
40: ; preds = %17
%41 = load i64, i64* %6
%42 = load i32*, i32** %5
%43 = call i32 @collatzLength(i64 %41, i32* %42)
%44 = add nsw i32 1, %43
store i32 %44, i32* %3
br label %45
45: ; preds = %40, %32, %27
%46 = load i32, i32* %3
ret i32 %46
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @collatzLength(i64 %0, i32* %1) {
br label %3
3: ; preds = %13, %2
%4 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %16, %13 ]
%5 = phi i64 [ %0, %2 ], [ %14, %13 ]
%6 = and i64 %5, 1
%7 = icmp eq i64 %6, 0
br i1 %7, label %11, label %8
8: ; preds = %3
%9 = mul nsw i64 %5, 3
%10 = add nsw i64 %9, 1
br label %13
11: ; preds = %3
%12 = sdiv i64 %5, 2
br label %13
13: ; preds = %11, %8
%14 = phi i64 [ %10, %8 ], [ %12, %11 ]
%15 = icmp slt i64 %5, 1000001
%16 = add nuw nsw i32 %4, 1
br i1 %15, label %17, label %3
17: ; preds = %13
%18 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %5
%19 = load i32, i32* %18
%20 = icmp eq i32 %19, 0
br i1 %20, label %24, label %21
21: ; preds = %17, %24
%22 = phi i32 [ %26, %24 ], [ %19, %17 ]
%23 = add nsw i32 %22, %4
ret i32 %23
24: ; preds = %17
%25 = tail call i32 @collatzLength(i64 %14, i32* %1)
%26 = add nsw i32 %25, 1
store i32 %26, i32* %18
br label %21
}