int machine_next_step(char *program, int *tape, int *match_arr,
                      int *cmd_pointer, int *tape_pointer, int *output,
                      int program_len) {
  switch (program[*cmd_pointer]) {
  case '+':
    tape[*tape_pointer]++;
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  case '-':
    tape[*tape_pointer]--;
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  case '>':
    (*tape_pointer)++;
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  case '<':
    (*tape_pointer)--;
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  case '.':
    *output = tape[*tape_pointer];
    (*cmd_pointer)++;
    return 1;
  case '[':
    if (tape[*tape_pointer] == 0) {
      *cmd_pointer = match_arr[*cmd_pointer];
      return 2;
    }
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  case ']':
    if (tape[*tape_pointer] != 0) {
      *cmd_pointer = match_arr[*cmd_pointer];
      return 2;
    }
    if (*cmd_pointer >= program_len - 1) {
      return 0;
    }
    (*cmd_pointer)++;
    return 2;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<machine_next_step>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    0x10(%rbp),%eax
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %rsi,-0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x20(%rbp)
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
mov    %r8,-0x30(%rbp)
mov    %r9,-0x38(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
add    $0xffffffd5,%eax
mov    %eax,%ecx
mov    %rcx,-0x40(%rbp)
sub    $0x32,%eax
ja     136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x40(%rbp),%rax
lea    0xeb5(%rip),%rcx
movslq (%rcx,%rax,4),%rax
add    %rcx,%rax
jmp    *%rax
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     1188 <machine_next_step+0x88>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0xffffffff,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     11d3 <machine_next_step+0xd3>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     1215 <machine_next_step+0x115>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0xffffffff,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     1257 <machine_next_step+0x157>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%ecx
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    %ecx,(%rax)
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
cmpl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
jne    12ce <machine_next_step+0x1ce>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%ecx
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     12ee <machine_next_step+0x1ee>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
cmpl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
je     133a <machine_next_step+0x23a>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
movslq (%rcx),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%ecx
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     135a <machine_next_step+0x25a>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    136c <machine_next_step+0x26c>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    (%rax),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,(%rax)
movl   $0x2,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<machine_next_step>:
movslq (%rcx),%r10
movsbl (%rdi,%r10,1),%edi
add    $0xffffffd5,%edi
cmp    $0x32,%edi
ja     118c <machine_next_step+0x8c>
mov    0x8(%rsp),%r11d
lea    0xee4(%rip),%rax
movslq (%rax,%rdi,4),%rdi
add    %rax,%rdi
jmp    *%rdi
movslq (%r8),%rax
addl   $0x1,(%rsi,%rax,4)
jmp    1172 <machine_next_step+0x72>
movslq (%r8),%rax
addl   $0xffffffff,(%rsi,%rax,4)
jmp    1172 <machine_next_step+0x72>
movslq (%r8),%rax
mov    (%rsi,%rax,4),%eax
mov    %eax,(%r9)
mov    (%rcx),%r10d
add    $0x1,%r10d
mov    $0x1,%eax
jmp    1189 <machine_next_step+0x89>
addl   $0xffffffff,(%r8)
jmp    1172 <machine_next_step+0x72>
movslq (%r8),%rax
cmpl   $0x0,(%rsi,%rax,4)
jne    1175 <machine_next_step+0x75>
jmp    1168 <machine_next_step+0x68>
movslq (%r8),%rax
cmpl   $0x0,(%rsi,%rax,4)
je     1175 <machine_next_step+0x75>
mov    (%rdx,%r10,4),%r10d
jmp    1184 <machine_next_step+0x84>
addl   $0x1,(%r8)
mov    (%rcx),%r10d
add    $0xffffffff,%r11d
xor    %eax,%eax
cmp    %r11d,%r10d
jge    118c <machine_next_step+0x8c>
add    $0x1,%r10d
mov    $0x2,%eax
mov    %r10d,(%rcx)
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @machine_next_step(i8* %0, i32* %1, i32* %2, i32* %3, i32* %4, i32* %5, i32 %6) {
%8 = alloca i32
%9 = alloca i8*
%10 = alloca i32*
%11 = alloca i32*
%12 = alloca i32*
%13 = alloca i32*
%14 = alloca i32*
%15 = alloca i32
store i8* %0, i8** %9
store i32* %1, i32** %10
store i32* %2, i32** %11
store i32* %3, i32** %12
store i32* %4, i32** %13
store i32* %5, i32** %14
store i32 %6, i32* %15
%16 = load i8*, i8** %9
%17 = load i32*, i32** %12
%18 = load i32, i32* %17
%19 = sext i32 %18 to i64
%20 = getelementptr inbounds i8, i8* %16, i64 %19
%21 = load i8, i8* %20
%22 = sext i8 %21 to i32
switch i32 %22, label %152 [
i32 43, label %23
i32 45, label %41
i32 62, label %59
i32 60, label %73
i32 46, label %87
i32 91, label %98
i32 93, label %125
]
23: ; preds = %7
%24 = load i32*, i32** %10
%25 = load i32*, i32** %13
%26 = load i32, i32* %25
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds i32, i32* %24, i64 %27
%29 = load i32, i32* %28
%30 = add nsw i32 %29, 1
store i32 %30, i32* %28
%31 = load i32*, i32** %12
%32 = load i32, i32* %31
%33 = load i32, i32* %15
%34 = sub nsw i32 %33, 1
%35 = icmp sge i32 %32, %34
br i1 %35, label %36, label %37
36: ; preds = %23
store i32 0, i32* %8
br label %152
37: ; preds = %23
%38 = load i32*, i32** %12
%39 = load i32, i32* %38
%40 = add nsw i32 %39, 1
store i32 %40, i32* %38
store i32 2, i32* %8
br label %152
41: ; preds = %7
%42 = load i32*, i32** %10
%43 = load i32*, i32** %13
%44 = load i32, i32* %43
%45 = sext i32 %44 to i64
%46 = getelementptr inbounds i32, i32* %42, i64 %45
%47 = load i32, i32* %46
%48 = add nsw i32 %47, -1
store i32 %48, i32* %46
%49 = load i32*, i32** %12
%50 = load i32, i32* %49
%51 = load i32, i32* %15
%52 = sub nsw i32 %51, 1
%53 = icmp sge i32 %50, %52
br i1 %53, label %54, label %55
54: ; preds = %41
store i32 0, i32* %8
br label %152
55: ; preds = %41
%56 = load i32*, i32** %12
%57 = load i32, i32* %56
%58 = add nsw i32 %57, 1
store i32 %58, i32* %56
store i32 2, i32* %8
br label %152
59: ; preds = %7
%60 = load i32*, i32** %13
%61 = load i32, i32* %60
%62 = add nsw i32 %61, 1
store i32 %62, i32* %60
%63 = load i32*, i32** %12
%64 = load i32, i32* %63
%65 = load i32, i32* %15
%66 = sub nsw i32 %65, 1
%67 = icmp sge i32 %64, %66
br i1 %67, label %68, label %69
68: ; preds = %59
store i32 0, i32* %8
br label %152
69: ; preds = %59
%70 = load i32*, i32** %12
%71 = load i32, i32* %70
%72 = add nsw i32 %71, 1
store i32 %72, i32* %70
store i32 2, i32* %8
br label %152
73: ; preds = %7
%74 = load i32*, i32** %13
%75 = load i32, i32* %74
%76 = add nsw i32 %75, -1
store i32 %76, i32* %74
%77 = load i32*, i32** %12
%78 = load i32, i32* %77
%79 = load i32, i32* %15
%80 = sub nsw i32 %79, 1
%81 = icmp sge i32 %78, %80
br i1 %81, label %82, label %83
82: ; preds = %73
store i32 0, i32* %8
br label %152
83: ; preds = %73
%84 = load i32*, i32** %12
%85 = load i32, i32* %84
%86 = add nsw i32 %85, 1
store i32 %86, i32* %84
store i32 2, i32* %8
br label %152
87: ; preds = %7
%88 = load i32*, i32** %10
%89 = load i32*, i32** %13
%90 = load i32, i32* %89
%91 = sext i32 %90 to i64
%92 = getelementptr inbounds i32, i32* %88, i64 %91
%93 = load i32, i32* %92
%94 = load i32*, i32** %14
store i32 %93, i32* %94
%95 = load i32*, i32** %12
%96 = load i32, i32* %95
%97 = add nsw i32 %96, 1
store i32 %97, i32* %95
store i32 1, i32* %8
br label %152
98: ; preds = %7
%99 = load i32*, i32** %10
%100 = load i32*, i32** %13
%101 = load i32, i32* %100
%102 = sext i32 %101 to i64
%103 = getelementptr inbounds i32, i32* %99, i64 %102
%104 = load i32, i32* %103
%105 = icmp eq i32 %104, 0
br i1 %105, label %106, label %114
106: ; preds = %98
%107 = load i32*, i32** %11
%108 = load i32*, i32** %12
%109 = load i32, i32* %108
%110 = sext i32 %109 to i64
%111 = getelementptr inbounds i32, i32* %107, i64 %110
%112 = load i32, i32* %111
%113 = load i32*, i32** %12
store i32 %112, i32* %113
store i32 2, i32* %8
br label %152
114: ; preds = %98
%115 = load i32*, i32** %12
%116 = load i32, i32* %115
%117 = load i32, i32* %15
%118 = sub nsw i32 %117, 1
%119 = icmp sge i32 %116, %118
br i1 %119, label %120, label %121
120: ; preds = %114
store i32 0, i32* %8
br label %152
121: ; preds = %114
%122 = load i32*, i32** %12
%123 = load i32, i32* %122
%124 = add nsw i32 %123, 1
store i32 %124, i32* %122
store i32 2, i32* %8
br label %152
125: ; preds = %7
%126 = load i32*, i32** %10
%127 = load i32*, i32** %13
%128 = load i32, i32* %127
%129 = sext i32 %128 to i64
%130 = getelementptr inbounds i32, i32* %126, i64 %129
%131 = load i32, i32* %130
%132 = icmp ne i32 %131, 0
br i1 %132, label %133, label %141
133: ; preds = %125
%134 = load i32*, i32** %11
%135 = load i32*, i32** %12
%136 = load i32, i32* %135
%137 = sext i32 %136 to i64
%138 = getelementptr inbounds i32, i32* %134, i64 %137
%139 = load i32, i32* %138
%140 = load i32*, i32** %12
store i32 %139, i32* %140
store i32 2, i32* %8
br label %152
141: ; preds = %125
%142 = load i32*, i32** %12
%143 = load i32, i32* %142
%144 = load i32, i32* %15
%145 = sub nsw i32 %144, 1
%146 = icmp sge i32 %143, %145
br i1 %146, label %147, label %148
147: ; preds = %141
store i32 0, i32* %8
br label %152
148: ; preds = %141
%149 = load i32*, i32** %12
%150 = load i32, i32* %149
%151 = add nsw i32 %150, 1
store i32 %151, i32* %149
store i32 2, i32* %8
br label %152
152: ; preds = %36, %37, %54, %55, %68, %69, %82, %83, %87, %106, %120, %121, %133, %147, %148, %7
%153 = load i32, i32* %8
ret i32 %153
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @machine_next_step(i8* nocapture %0, i32* nocapture %1, i32* nocapture %2, i32* nocapture %3, i32* nocapture %4, i32* nocapture writeonly %5, i32 %6) {
%8 = load i32, i32* %3
%9 = sext i32 %8 to i64
%10 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %9
%11 = load i8, i8* %10
%12 = sext i8 %11 to i32
switch i32 %12, label %89 [
i32 43, label %13
i32 45, label %24
i32 62, label %35
i32 60, label %43
i32 46, label %51
i32 91, label %58
i32 93, label %72
]
13: ; preds = %7
%14 = load i32, i32* %4
%15 = sext i32 %14 to i64
%16 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %15
%17 = load i32, i32* %16
%18 = add nsw i32 %17, 1
store i32 %18, i32* %16
%19 = load i32, i32* %3
%20 = add nsw i32 %6, -1
%21 = icmp slt i32 %19, %20
br i1 %21, label %22, label %89
22: ; preds = %13
%23 = add nsw i32 %19, 1
br label %86
24: ; preds = %7
%25 = load i32, i32* %4
%26 = sext i32 %25 to i64
%27 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %26
%28 = load i32, i32* %27
%29 = add nsw i32 %28, -1
store i32 %29, i32* %27
%30 = load i32, i32* %3
%31 = add nsw i32 %6, -1
%32 = icmp slt i32 %30, %31
br i1 %32, label %33, label %89
33: ; preds = %24
%34 = add nsw i32 %30, 1
br label %86
35: ; preds = %7
%36 = load i32, i32* %4
%37 = add nsw i32 %36, 1
store i32 %37, i32* %4
%38 = load i32, i32* %3
%39 = add nsw i32 %6, -1
%40 = icmp slt i32 %38, %39
br i1 %40, label %41, label %89
41: ; preds = %35
%42 = add nsw i32 %38, 1
br label %86
43: ; preds = %7
%44 = load i32, i32* %4
%45 = add nsw i32 %44, -1
store i32 %45, i32* %4
%46 = load i32, i32* %3
%47 = add nsw i32 %6, -1
%48 = icmp slt i32 %46, %47
br i1 %48, label %49, label %89
49: ; preds = %43
%50 = add nsw i32 %46, 1
br label %86
51: ; preds = %7
%52 = load i32, i32* %4
%53 = sext i32 %52 to i64
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %53
%55 = load i32, i32* %54
store i32 %55, i32* %5
%56 = load i32, i32* %3
%57 = add nsw i32 %56, 1
br label %86
58: ; preds = %7
%59 = load i32, i32* %4
%60 = sext i32 %59 to i64
%61 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %60
%62 = load i32, i32* %61
%63 = icmp eq i32 %62, 0
br i1 %63, label %64, label %67
64: ; preds = %58
%65 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %9
%66 = load i32, i32* %65
br label %86
67: ; preds = %58
%68 = add nsw i32 %6, -1
%69 = icmp slt i32 %8, %68
br i1 %69, label %70, label %89
70: ; preds = %67
%71 = add nsw i32 %8, 1
br label %86
72: ; preds = %7
%73 = load i32, i32* %4
%74 = sext i32 %73 to i64
%75 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %74
%76 = load i32, i32* %75
%77 = icmp eq i32 %76, 0
br i1 %77, label %81, label %78
78: ; preds = %72
%79 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %9
%80 = load i32, i32* %79
br label %86
81: ; preds = %72
%82 = add nsw i32 %6, -1
%83 = icmp slt i32 %8, %82
br i1 %83, label %84, label %89
84: ; preds = %81
%85 = add nsw i32 %8, 1
br label %86
86: ; preds = %84, %78, %70, %64, %51, %49, %41, %33, %22
%87 = phi i32 [ %23, %22 ], [ %34, %33 ], [ %42, %41 ], [ %50, %49 ], [ %57, %51 ], [ %66, %64 ], [ %71, %70 ], [ %80, %78 ], [ %85, %84 ]
%88 = phi i32 [ 2, %22 ], [ 2, %33 ], [ 2, %41 ], [ 2, %49 ], [ 1, %51 ], [ 2, %64 ], [ 2, %70 ], [ 2, %78 ], [ 2, %84 ]
store i32 %87, i32* %3
br label %89
89: ; preds = %86, %81, %67, %43, %35, %24, %13, %7
%90 = phi i32 [ undef, %7 ], [ 0, %13 ], [ 0, %24 ], [ 0, %35 ], [ 0, %43 ], [ 0, %67 ], [ 0, %81 ], [ %88, %86 ]
ret i32 %90
}