#define NULL ((void *)0)
typedef unsigned long size_t; // Customize by platform.
typedef long intptr_t;
typedef unsigned long uintptr_t;
typedef long scalar_t__; // Either arithmetic or pointer type.
/* By default, we understand bool (as a convenience). */
typedef int bool;
#define false 0
#define true 1

/* Forward declarations */

/* Type definitions */
typedef int uint32_t;

/* Variables and functions */
int rotl32(int, int);
void chacha20_quarterround(uint32_t *x, int a, int b, int c, int d) {
  x[a] += x[b];
  x[d] = rotl32(x[d] ^ x[a], 16);
  x[c] += x[d];
  x[b] = rotl32(x[b] ^ x[c], 12);
  x[a] += x[b];
  x[d] = rotl32(x[d] ^ x[a], 8);
  x[c] += x[d];
  x[b] = rotl32(x[b] ^ x[c], 7);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<chacha20_quarterround>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x20,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    %ecx,-0x14(%rbp)
mov    %r8d,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
xor    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    $0x10,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
xor    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    $0xc,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
xor    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    $0x8,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
xor    (%rax,%rcx,4),%edi
mov    $0x7,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x10(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
add    $0x20,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<chacha20_quarterround>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %ecx,%r14d
mov    %rdi,%rbx
movslq %edx,%r15
movslq %esi,%r13
mov    (%rdi,%r13,4),%edi
add    (%rbx,%r15,4),%edi
mov    %edi,(%rbx,%r13,4)
movslq %r8d,%r12
xor    (%rbx,%r12,4),%edi
mov    $0x10,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,(%rbx,%r12,4)
movslq %r14d,%rbp
add    (%rbx,%rbp,4),%eax
mov    %eax,(%rbx,%rbp,4)
xor    (%rbx,%r15,4),%eax
mov    %eax,%edi
mov    $0xc,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,(%rbx,%r15,4)
add    (%rbx,%r13,4),%eax
mov    %eax,(%rbx,%r13,4)
xor    (%rbx,%r12,4),%eax
mov    %eax,%edi
mov    $0x8,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,(%rbx,%r12,4)
add    (%rbx,%rbp,4),%eax
mov    %eax,(%rbx,%rbp,4)
xor    (%rbx,%r15,4),%eax
mov    %eax,%edi
mov    $0x7,%esi
call   1030 <rotl32@plt>
mov    %eax,(%rbx,%r15,4)
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @chacha20_quarterround(i32* %0, i32 %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = alloca i32*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
store i32* %0, i32** %6
store i32 %1, i32* %7
store i32 %2, i32* %8
store i32 %3, i32* %9
store i32 %4, i32* %10
%11 = load i32*, i32** %6
%12 = load i32, i32* %8
%13 = sext i32 %12 to i64
%14 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 %13
%15 = load i32, i32* %14
%16 = load i32*, i32** %6
%17 = load i32, i32* %7
%18 = sext i32 %17 to i64
%19 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %18
%20 = load i32, i32* %19
%21 = add nsw i32 %20, %15
store i32 %21, i32* %19
%22 = load i32*, i32** %6
%23 = load i32, i32* %10
%24 = sext i32 %23 to i64
%25 = getelementptr inbounds i32, i32* %22, i64 %24
%26 = load i32, i32* %25
%27 = load i32*, i32** %6
%28 = load i32, i32* %7
%29 = sext i32 %28 to i64
%30 = getelementptr inbounds i32, i32* %27, i64 %29
%31 = load i32, i32* %30
%32 = xor i32 %26, %31
%33 = call i32 @rotl32(i32 %32, i32 16)
%34 = load i32*, i32** %6
%35 = load i32, i32* %10
%36 = sext i32 %35 to i64
%37 = getelementptr inbounds i32, i32* %34, i64 %36
store i32 %33, i32* %37
%38 = load i32*, i32** %6
%39 = load i32, i32* %10
%40 = sext i32 %39 to i64
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %38, i64 %40
%42 = load i32, i32* %41
%43 = load i32*, i32** %6
%44 = load i32, i32* %9
%45 = sext i32 %44 to i64
%46 = getelementptr inbounds i32, i32* %43, i64 %45
%47 = load i32, i32* %46
%48 = add nsw i32 %47, %42
store i32 %48, i32* %46
%49 = load i32*, i32** %6
%50 = load i32, i32* %8
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds i32, i32* %49, i64 %51
%53 = load i32, i32* %52
%54 = load i32*, i32** %6
%55 = load i32, i32* %9
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %54, i64 %56
%58 = load i32, i32* %57
%59 = xor i32 %53, %58
%60 = call i32 @rotl32(i32 %59, i32 12)
%61 = load i32*, i32** %6
%62 = load i32, i32* %8
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %61, i64 %63
store i32 %60, i32* %64
%65 = load i32*, i32** %6
%66 = load i32, i32* %8
%67 = sext i32 %66 to i64
%68 = getelementptr inbounds i32, i32* %65, i64 %67
%69 = load i32, i32* %68
%70 = load i32*, i32** %6
%71 = load i32, i32* %7
%72 = sext i32 %71 to i64
%73 = getelementptr inbounds i32, i32* %70, i64 %72
%74 = load i32, i32* %73
%75 = add nsw i32 %74, %69
store i32 %75, i32* %73
%76 = load i32*, i32** %6
%77 = load i32, i32* %10
%78 = sext i32 %77 to i64
%79 = getelementptr inbounds i32, i32* %76, i64 %78
%80 = load i32, i32* %79
%81 = load i32*, i32** %6
%82 = load i32, i32* %7
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds i32, i32* %81, i64 %83
%85 = load i32, i32* %84
%86 = xor i32 %80, %85
%87 = call i32 @rotl32(i32 %86, i32 8)
%88 = load i32*, i32** %6
%89 = load i32, i32* %10
%90 = sext i32 %89 to i64
%91 = getelementptr inbounds i32, i32* %88, i64 %90
store i32 %87, i32* %91
%92 = load i32*, i32** %6
%93 = load i32, i32* %10
%94 = sext i32 %93 to i64
%95 = getelementptr inbounds i32, i32* %92, i64 %94
%96 = load i32, i32* %95
%97 = load i32*, i32** %6
%98 = load i32, i32* %9
%99 = sext i32 %98 to i64
%100 = getelementptr inbounds i32, i32* %97, i64 %99
%101 = load i32, i32* %100
%102 = add nsw i32 %101, %96
store i32 %102, i32* %100
%103 = load i32*, i32** %6
%104 = load i32, i32* %8
%105 = sext i32 %104 to i64
%106 = getelementptr inbounds i32, i32* %103, i64 %105
%107 = load i32, i32* %106
%108 = load i32*, i32** %6
%109 = load i32, i32* %9
%110 = sext i32 %109 to i64
%111 = getelementptr inbounds i32, i32* %108, i64 %110
%112 = load i32, i32* %111
%113 = xor i32 %107, %112
%114 = call i32 @rotl32(i32 %113, i32 7)
%115 = load i32*, i32** %6
%116 = load i32, i32* %8
%117 = sext i32 %116 to i64
%118 = getelementptr inbounds i32, i32* %115, i64 %117
store i32 %114, i32* %118
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @chacha20_quarterround(i32* nocapture %0, i32 %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = sext i32 %2 to i64
%7 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %6
%8 = load i32, i32* %7
%9 = sext i32 %1 to i64
%10 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %9
%11 = load i32, i32* %10
%12 = add nsw i32 %11, %8
store i32 %12, i32* %10
%13 = sext i32 %4 to i64
%14 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %13
%15 = load i32, i32* %14
%16 = xor i32 %15, %12
%17 = tail call i32 @rotl32(i32 %16, i32 16)
store i32 %17, i32* %14
%18 = sext i32 %3 to i64
%19 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %18
%20 = load i32, i32* %19
%21 = add nsw i32 %20, %17
store i32 %21, i32* %19
%22 = load i32, i32* %7
%23 = xor i32 %22, %21
%24 = tail call i32 @rotl32(i32 %23, i32 12)
store i32 %24, i32* %7
%25 = load i32, i32* %10
%26 = add nsw i32 %25, %24
store i32 %26, i32* %10
%27 = load i32, i32* %14
%28 = xor i32 %27, %26
%29 = tail call i32 @rotl32(i32 %28, i32 8)
store i32 %29, i32* %14
%30 = load i32, i32* %19
%31 = add nsw i32 %30, %29
store i32 %31, i32* %19
%32 = load i32, i32* %7
%33 = xor i32 %32, %31
%34 = tail call i32 @rotl32(i32 %33, i32 7)
store i32 %34, i32* %7
ret void
}