#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 uint64_t;

/* Variables and functions */
int modular_multiplication(int, int, int);
uint64_t modular_exponentiation(uint64_t x, uint64_t e, uint64_t n) {
  uint64_t squares[64];
  squares[0] = x % n;
  uint64_t result = 1;
  if (e % 2 == 1) {
    result = squares[0];
  }
  for (int i = 1; i < 64; i++) {
    squares[i] = modular_multiplication(squares[i - 1], squares[i - 1], n);
    if (e & (1ULL << i)) {
      result = modular_multiplication(result, squares[i], n);
    }
  }
  return result;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<modular_exponentiation>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x120,%rsp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %edx,-0xc(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
cltd
idivl  -0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x110(%rbp)
movl   $0x1,-0x114(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x1,%edx
jne    115b <modular_exponentiation+0x4b>
mov    -0x110(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x114(%rbp)
movl   $0x1,-0x118(%rbp)
cmpl   $0x40,-0x118(%rbp)
jge    120b <modular_exponentiation+0xfb>
mov    -0x118(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
cltq
mov    -0x110(%rbp,%rax,4),%edi
mov    -0x118(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
cltq
mov    -0x110(%rbp,%rax,4),%esi
mov    -0xc(%rbp),%edx
call   1030 <modular_multiplication@plt>
mov    %eax,%ecx
movslq -0x118(%rbp),%rax
mov    %ecx,-0x110(%rbp,%rax,4)
movslq -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x118(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%edx
shl    %cl,%rdx
mov    %rdx,%rcx
and    %rcx,%rax
cmp    $0x0,%rax
je     11f2 <modular_exponentiation+0xe2>
mov    -0x114(%rbp),%edi
movslq -0x118(%rbp),%rax
mov    -0x110(%rbp,%rax,4),%esi
mov    -0xc(%rbp),%edx
call   1030 <modular_multiplication@plt>
mov    %eax,-0x114(%rbp)
jmp    11f7 <modular_exponentiation+0xe7>
mov    -0x118(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x118(%rbp)
jmp    1165 <modular_exponentiation+0x55>
mov    -0x114(%rbp),%eax
add    $0x120,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<modular_exponentiation>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r12
push   %rbx
mov    %edx,%r14d
mov    %edi,%eax
cltd
idiv   %r14d
mov    %edx,%ebp
mov    %esi,%eax
shr    $0x1f,%eax
add    %esi,%eax
and    $0xfffffffe,%eax
movslq %esi,%r15
sub    %eax,%esi
cmp    $0x1,%esi
mov    $0x1,%r12d
cmove  %edx,%r12d
mov    $0x1,%ebx
jmp    115a <modular_exponentiation+0x4a>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%rbx
cmp    $0x40,%rbx
je     1180 <modular_exponentiation+0x70>
mov    %ebp,%edi
mov    %ebp,%esi
mov    %r14d,%edx
call   1030 <modular_multiplication@plt>
mov    %eax,%ebp
bt     %rbx,%r15
jae    1150 <modular_exponentiation+0x40>
mov    %r12d,%edi
mov    %ebp,%esi
mov    %r14d,%edx
call   1030 <modular_multiplication@plt>
mov    %eax,%r12d
jmp    1150 <modular_exponentiation+0x40>
mov    %r12d,%eax
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @modular_exponentiation(i32 %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca [64 x i32]
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
store i32 %0, i32* %4
store i32 %1, i32* %5
store i32 %2, i32* %6
%10 = load i32, i32* %4
%11 = load i32, i32* %6
%12 = srem i32 %10, %11
%13 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 0
store i32 %12, i32* %13
store i32 1, i32* %8
%14 = load i32, i32* %5
%15 = srem i32 %14, 2
%16 = icmp eq i32 %15, 1
br i1 %16, label %17, label %20
17: ; preds = %3
%18 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 0
%19 = load i32, i32* %18
store i32 %19, i32* %8
br label %20
20: ; preds = %17, %3
store i32 1, i32* %9
br label %21
21: ; preds = %56, %20
%22 = load i32, i32* %9
%23 = icmp slt i32 %22, 64
br i1 %23, label %24, label %59
24: ; preds = %21
%25 = load i32, i32* %9
%26 = sub nsw i32 %25, 1
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 %27
%29 = load i32, i32* %28
%30 = load i32, i32* %9
%31 = sub nsw i32 %30, 1
%32 = sext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 %32
%34 = load i32, i32* %33
%35 = load i32, i32* %6
%36 = call i32 @modular_multiplication(i32 %29, i32 %34, i32 %35)
%37 = load i32, i32* %9
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 %38
store i32 %36, i32* %39
%40 = load i32, i32* %5
%41 = sext i32 %40 to i64
%42 = load i32, i32* %9
%43 = zext i32 %42 to i64
%44 = shl i64 1, %43
%45 = and i64 %41, %44
%46 = icmp ne i64 %45, 0
br i1 %46, label %47, label %55
47: ; preds = %24
%48 = load i32, i32* %8
%49 = load i32, i32* %9
%50 = sext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds [64 x i32], [64 x i32]* %7, i64 0, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = load i32, i32* %6
%54 = call i32 @modular_multiplication(i32 %48, i32 %52, i32 %53)
store i32 %54, i32* %8
br label %55
55: ; preds = %47, %24
br label %56
56: ; preds = %55
%57 = load i32, i32* %9
%58 = add nsw i32 %57, 1
store i32 %58, i32* %9
br label %21
59: ; preds = %21
%60 = load i32, i32* %8
ret i32 %60
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @modular_exponentiation(i32 %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = srem i32 %0, %2
%5 = srem i32 %1, 2
%6 = icmp eq i32 %5, 1
%7 = select i1 %6, i32 %4, i32 1
%8 = sext i32 %1 to i64
br label %10
9: ; preds = %20
ret i32 %21
10: ; preds = %3, %20
%11 = phi i32 [ %4, %3 ], [ %14, %20 ]
%12 = phi i64 [ 1, %3 ], [ %22, %20 ]
%13 = phi i32 [ %7, %3 ], [ %21, %20 ]
%14 = tail call i32 @modular_multiplication(i32 %11, i32 %11, i32 %2)
%15 = shl nuw i64 1, %12
%16 = and i64 %15, %8
%17 = icmp eq i64 %16, 0
br i1 %17, label %20, label %18
18: ; preds = %10
%19 = tail call i32 @modular_multiplication(i32 %13, i32 %14, i32 %2)
br label %20
20: ; preds = %10, %18
%21 = phi i32 [ %19, %18 ], [ %13, %10 ]
%22 = add nuw nsw i64 %12, 1
%23 = icmp eq i64 %22, 64
br i1 %23, label %9, label %10
}