unsigned long modexp(unsigned long msg, unsigned long exp, unsigned long n) {
  unsigned long i, k = 1;
  for (i = 0; i < exp; i++)
    k = (k * msg) % n;
  return k;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<modexp>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movq   $0x1,-0x28(%rbp)
movq   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
cmp    -0x10(%rbp),%rax
jae    1154 <modexp+0x54>
mov    -0x28(%rbp),%rax
imul   -0x8(%rbp),%rax
xor    %ecx,%ecx
mov    %ecx,%edx
divq   -0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
jmp    1120 <modexp+0x20>
mov    -0x28(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<modexp>:
test   %rsi,%rsi
je     1123 <modexp+0x23>
mov    %rdx,%rcx
lea    -0x1(%rsi),%rax
mov    %esi,%r8d
and    $0x3,%r8d
cmp    $0x3,%rax
jae    1129 <modexp+0x29>
mov    $0x1,%eax
jmp    11da <modexp+0xda>
mov    $0x1,%eax
ret
and    $0xfffffffffffffffc,%rsi
mov    $0x1,%eax
jmp    1152 <modexp+0x52>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
xor    %edx,%edx
div    %rcx
mov    %rdx,%rax
add    $0xfffffffffffffffc,%rsi
je     11da <modexp+0xda>
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %rcx,%rdx
shr    $0x20,%rdx
je     1170 <modexp+0x70>
xor    %edx,%edx
div    %rcx
mov    %rdx,%rax
jmp    1176 <modexp+0x76>
nopl   0x0(%rax)
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%eax
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %rcx,%rdx
shr    $0x20,%rdx
je     1190 <modexp+0x90>
xor    %edx,%edx
div    %rcx
mov    %rdx,%rax
jmp    1196 <modexp+0x96>
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%eax
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %rcx,%rdx
shr    $0x20,%rdx
je     11b0 <modexp+0xb0>
xor    %edx,%edx
div    %rcx
mov    %rdx,%rax
jmp    11b6 <modexp+0xb6>
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%eax
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %rcx,%rdx
shr    $0x20,%rdx
jne    1140 <modexp+0x40>
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%eax
add    $0xfffffffffffffffc,%rsi
jne    1152 <modexp+0x52>
test   %r8,%r8
jne    11fe <modexp+0xfe>
jmp    121a <modexp+0x11a>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
xor    %edx,%edx
div    %rcx
mov    %rdx,%rax
add    $0xffffffffffffffff,%r8
je     121a <modexp+0x11a>
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %rcx,%rdx
shr    $0x20,%rdx
jne    11f0 <modexp+0xf0>
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%eax
add    $0xffffffffffffffff,%r8
jne    11fe <modexp+0xfe>
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @modexp(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = alloca i64
%5 = alloca i64
%6 = alloca i64
%7 = alloca i64
%8 = alloca i64
store i64 %0, i64* %4
store i64 %1, i64* %5
store i64 %2, i64* %6
store i64 1, i64* %8
store i64 0, i64* %7
br label %9
9: ; preds = %19, %3
%10 = load i64, i64* %7
%11 = load i64, i64* %5
%12 = icmp ult i64 %10, %11
br i1 %12, label %13, label %22
13: ; preds = %9
%14 = load i64, i64* %8
%15 = load i64, i64* %4
%16 = mul i64 %14, %15
%17 = load i64, i64* %6
%18 = urem i64 %16, %17
store i64 %18, i64* %8
br label %19
19: ; preds = %13
%20 = load i64, i64* %7
%21 = add i64 %20, 1
store i64 %21, i64* %7
br label %9
22: ; preds = %9
%23 = load i64, i64* %8
ret i64 %23
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @modexp(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = icmp eq i64 %1, 0
br i1 %4, label %35, label %5
5: ; preds = %3
%6 = add i64 %1, -1
%7 = and i64 %1, 3
%8 = icmp ult i64 %6, 3
br i1 %8, label %24, label %9
9: ; preds = %5
%10 = and i64 %1, -4
br label %11
11: ; preds = %11, %9
%12 = phi i64 [ 1, %9 ], [ %21, %11 ]
%13 = phi i64 [ 0, %9 ], [ %22, %11 ]
%14 = mul i64 %12, %0
%15 = urem i64 %14, %2
%16 = mul i64 %15, %0
%17 = urem i64 %16, %2
%18 = mul i64 %17, %0
%19 = urem i64 %18, %2
%20 = mul i64 %19, %0
%21 = urem i64 %20, %2
%22 = add i64 %13, 4
%23 = icmp eq i64 %22, %10
br i1 %23, label %24, label %11
24: ; preds = %11, %5
%25 = phi i64 [ undef, %5 ], [ %21, %11 ]
%26 = phi i64 [ 1, %5 ], [ %21, %11 ]
%27 = icmp eq i64 %7, 0
br i1 %27, label %35, label %28
28: ; preds = %24, %28
%29 = phi i64 [ %32, %28 ], [ %26, %24 ]
%30 = phi i64 [ %33, %28 ], [ 0, %24 ]
%31 = mul i64 %29, %0
%32 = urem i64 %31, %2
%33 = add i64 %30, 1
%34 = icmp eq i64 %33, %7
br i1 %34, label %35, label %28
35: ; preds = %24, %28, %3
%36 = phi i64 [ 1, %3 ], [ %25, %24 ], [ %32, %28 ]
ret i64 %36
}