float *matrix_multiply_ext(const float matrix1[4 * 4],
                           const float matrix2[4 * 4],
                           float matrix_out[4 * 4]) {
  int i = 0, j = 0;
  for (j = 0; j < 4; j++)
    for (i = 0; i < 4; i++)
      matrix_out[i + j * 4] = matrix1[0 * 4 + i] * matrix2[j * 4 + 0] +
                              matrix1[1 * 4 + i] * matrix2[j * 4 + 1] +
                              matrix1[2 * 4 + i] * matrix2[j * 4 + 2] +
                              matrix1[3 * 4 + i] * matrix2[j * 4 + 3];
  return matrix_out;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_multiply_ext>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x20(%rbp)
jge    122c <matrix_multiply_ext+0x12c>
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x1c(%rbp)
jge    1219 <matrix_multiply_ext+0x119>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
add    $0x0,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
shl    $0x2,%ecx
add    $0x0,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
add    $0x4,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
shl    $0x2,%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mulss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
add    $0x8,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
shl    $0x2,%ecx
add    $0x2,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
add    $0xc,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
shl    $0x2,%ecx
add    $0x3,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
shl    $0x2,%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  %xmm0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1136 <matrix_multiply_ext+0x36>
jmp    121e <matrix_multiply_ext+0x11e>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1125 <matrix_multiply_ext+0x25>
mov    -0x18(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_multiply_ext>:
mov    %rdx,%rax
mov    $0xc,%ecx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movss  (%rdi),%xmm0
movss  0x10(%rdi),%xmm1
mulss  -0x8(%rsi,%rcx,1),%xmm1
mulss  -0xc(%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x20(%rdi),%xmm1
mulss  -0x4(%rsi,%rcx,1),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x30(%rdi),%xmm0
mulss  (%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0xc(%rax,%rcx,1)
movss  0x4(%rdi),%xmm0
movss  0x14(%rdi),%xmm1
mulss  -0x8(%rsi,%rcx,1),%xmm1
mulss  -0xc(%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x24(%rdi),%xmm1
mulss  -0x4(%rsi,%rcx,1),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x34(%rdi),%xmm0
mulss  (%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x8(%rax,%rcx,1)
movss  0x8(%rdi),%xmm0
movss  0x18(%rdi),%xmm1
mulss  -0x8(%rsi,%rcx,1),%xmm1
mulss  -0xc(%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x28(%rdi),%xmm1
mulss  -0x4(%rsi,%rcx,1),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x38(%rdi),%xmm0
mulss  (%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x4(%rax,%rcx,1)
movss  0xc(%rdi),%xmm0
movss  0x1c(%rdi),%xmm1
mulss  -0x8(%rsi,%rcx,1),%xmm1
mulss  -0xc(%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x2c(%rdi),%xmm1
mulss  -0x4(%rsi,%rcx,1),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x3c(%rdi),%xmm0
mulss  (%rsi,%rcx,1),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,(%rax,%rcx,1)
add    $0x10,%rcx
cmp    $0x4c,%rcx
jne    1110 <matrix_multiply_ext+0x10>
ret

LLVM IR (-O0):
define float* @matrix_multiply_ext(float* %0, float* %1, float* %2) {
%4 = alloca float*
%5 = alloca float*
%6 = alloca float*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
store float* %0, float** %4
store float* %1, float** %5
store float* %2, float** %6
store i32 0, i32* %7
store i32 0, i32* %8
store i32 0, i32* %8
br label %9
9: ; preds = %84, %3
%10 = load i32, i32* %8
%11 = icmp slt i32 %10, 4
br i1 %11, label %12, label %87
12: ; preds = %9
store i32 0, i32* %7
br label %13
13: ; preds = %80, %12
%14 = load i32, i32* %7
%15 = icmp slt i32 %14, 4
br i1 %15, label %16, label %83
16: ; preds = %13
%17 = load float*, float** %4
%18 = load i32, i32* %7
%19 = add nsw i32 0, %18
%20 = sext i32 %19 to i64
%21 = getelementptr inbounds float, float* %17, i64 %20
%22 = load float, float* %21
%23 = load float*, float** %5
%24 = load i32, i32* %8
%25 = mul nsw i32 %24, 4
%26 = add nsw i32 %25, 0
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds float, float* %23, i64 %27
%29 = load float, float* %28
%30 = load float*, float** %4
%31 = load i32, i32* %7
%32 = add nsw i32 4, %31
%33 = sext i32 %32 to i64
%34 = getelementptr inbounds float, float* %30, i64 %33
%35 = load float, float* %34
%36 = load float*, float** %5
%37 = load i32, i32* %8
%38 = mul nsw i32 %37, 4
%39 = add nsw i32 %38, 1
%40 = sext i32 %39 to i64
%41 = getelementptr inbounds float, float* %36, i64 %40
%42 = load float, float* %41
%43 = fmul float %35, %42
%44 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %22, float %29, float %43)
%45 = load float*, float** %4
%46 = load i32, i32* %7
%47 = add nsw i32 8, %46
%48 = sext i32 %47 to i64
%49 = getelementptr inbounds float, float* %45, i64 %48
%50 = load float, float* %49
%51 = load float*, float** %5
%52 = load i32, i32* %8
%53 = mul nsw i32 %52, 4
%54 = add nsw i32 %53, 2
%55 = sext i32 %54 to i64
%56 = getelementptr inbounds float, float* %51, i64 %55
%57 = load float, float* %56
%58 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %50, float %57, float %44)
%59 = load float*, float** %4
%60 = load i32, i32* %7
%61 = add nsw i32 12, %60
%62 = sext i32 %61 to i64
%63 = getelementptr inbounds float, float* %59, i64 %62
%64 = load float, float* %63
%65 = load float*, float** %5
%66 = load i32, i32* %8
%67 = mul nsw i32 %66, 4
%68 = add nsw i32 %67, 3
%69 = sext i32 %68 to i64
%70 = getelementptr inbounds float, float* %65, i64 %69
%71 = load float, float* %70
%72 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %64, float %71, float %58)
%73 = load float*, float** %6
%74 = load i32, i32* %7
%75 = load i32, i32* %8
%76 = mul nsw i32 %75, 4
%77 = add nsw i32 %74, %76
%78 = sext i32 %77 to i64
%79 = getelementptr inbounds float, float* %73, i64 %78
store float %72, float* %79
br label %80
80: ; preds = %16
%81 = load i32, i32* %7
%82 = add nsw i32 %81, 1
store i32 %82, i32* %7
br label %13
83: ; preds = %13
br label %84
84: ; preds = %83
%85 = load i32, i32* %8
%86 = add nsw i32 %85, 1
store i32 %86, i32* %8
br label %9
87: ; preds = %9
%88 = load float*, float** %6
ret float* %88
}

LLVM IR (-O2):
define float* @matrix_multiply_ext(float* nocapture %0, float* nocapture %1, float* returned writeonly %2) {
%4 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 4
%5 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 8
%6 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 12
%7 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 1
%8 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 5
%9 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 9
%10 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 13
%11 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 2
%12 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 6
%13 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 10
%14 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 14
%15 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 3
%16 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 7
%17 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 11
%18 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 15
br label %19
19: ; preds = %3, %19
%20 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %84, %19 ]
%21 = shl nsw i64 %20, 2
%22 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 %21
%23 = or i64 %21, 1
%24 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 %23
%25 = or i64 %21, 2
%26 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 %25
%27 = or i64 %21, 3
%28 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 %27
%29 = load float, float* %0
%30 = load float, float* %22
%31 = load float, float* %4
%32 = load float, float* %24
%33 = fmul float %31, %32
%34 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %29, float %30, float %33)
%35 = load float, float* %5
%36 = load float, float* %26
%37 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %35, float %36, float %34)
%38 = load float, float* %6
%39 = load float, float* %28
%40 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %38, float %39, float %37)
%41 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 %21
store float %40, float* %41
%42 = load float, float* %7
%43 = load float, float* %22
%44 = load float, float* %8
%45 = load float, float* %24
%46 = fmul float %44, %45
%47 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %42, float %43, float %46)
%48 = load float, float* %9
%49 = load float, float* %26
%50 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %48, float %49, float %47)
%51 = load float, float* %10
%52 = load float, float* %28
%53 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %51, float %52, float %50)
%54 = or i64 %21, 1
%55 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 %54
store float %53, float* %55
%56 = load float, float* %11
%57 = load float, float* %22
%58 = load float, float* %12
%59 = load float, float* %24
%60 = fmul float %58, %59
%61 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %56, float %57, float %60)
%62 = load float, float* %13
%63 = load float, float* %26
%64 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %62, float %63, float %61)
%65 = load float, float* %14
%66 = load float, float* %28
%67 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %65, float %66, float %64)
%68 = or i64 %21, 2
%69 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 %68
store float %67, float* %69
%70 = load float, float* %15
%71 = load float, float* %22
%72 = load float, float* %16
%73 = load float, float* %24
%74 = fmul float %72, %73
%75 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %70, float %71, float %74)
%76 = load float, float* %17
%77 = load float, float* %26
%78 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %76, float %77, float %75)
%79 = load float, float* %18
%80 = load float, float* %28
%81 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %79, float %80, float %78)
%82 = or i64 %21, 3
%83 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 %82
store float %81, float* %83
%84 = add nuw nsw i64 %20, 1
%85 = icmp eq i64 %84, 4
br i1 %85, label %86, label %19
86: ; preds = %19
ret float* %2
}