int idx(int i, int j, int k, int *dim) {
  while (i >= dim[1])
    i -= dim[1];
  while (i < 0)
    i += dim[1];
  while (j >= dim[2])
    j -= dim[2];
  while (j < 0)
    j += dim[2];
  while (k >= dim[3])
    k -= dim[3];
  while (k < 0)
    k += dim[3];
  return ((i * dim[2] + j) * dim[3] + k);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<idx>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %edx,-0xc(%rbp)
mov    %rcx,-0x18(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
cmp    0x4(%rcx),%eax
jl     1135 <idx+0x35>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0x4(%rax),%ecx
mov    -0x4(%rbp),%eax
sub    %ecx,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    1111 <idx+0x11>
jmp    113a <idx+0x3a>
cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)
jge    1156 <idx+0x56>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0x4(%rax),%eax
add    -0x4(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    113a <idx+0x3a>
jmp    115b <idx+0x5b>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
cmp    0x8(%rcx),%eax
jl     117f <idx+0x7f>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0x8(%rax),%ecx
mov    -0x8(%rbp),%eax
sub    %ecx,%eax
mov    %eax,-0x8(%rbp)
jmp    115b <idx+0x5b>
jmp    1184 <idx+0x84>
cmpl   $0x0,-0x8(%rbp)
jge    11a0 <idx+0xa0>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0x8(%rax),%eax
add    -0x8(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x8(%rbp)
jmp    1184 <idx+0x84>
jmp    11a5 <idx+0xa5>
mov    -0xc(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
cmp    0xc(%rcx),%eax
jl     11c9 <idx+0xc9>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0xc(%rax),%ecx
mov    -0xc(%rbp),%eax
sub    %ecx,%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
jmp    11a5 <idx+0xa5>
jmp    11ce <idx+0xce>
cmpl   $0x0,-0xc(%rbp)
jge    11ea <idx+0xea>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    0xc(%rax),%eax
add    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
jmp    11ce <idx+0xce>
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
imul   0x8(%rcx),%eax
add    -0x8(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
imul   0xc(%rcx),%eax
add    -0xc(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<idx>:
mov    0x4(%rcx),%eax
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
sub    %eax,%edi
jge    1110 <idx+0x10>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    %eax,%edi
js     1120 <idx+0x20>
mov    0x8(%rcx),%r8d
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
sub    %r8d,%esi
jge    1130 <idx+0x30>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
add    %r8d,%esi
js     1140 <idx+0x40>
mov    0xc(%rcx),%eax
imul   %edi,%r8d
add    %esi,%r8d
nop
sub    %eax,%edx
jge    1150 <idx+0x50>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    %eax,%edx
js     1160 <idx+0x60>
imul   %r8d,%eax
add    %edx,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @idx(i32 %0, i32 %1, i32 %2, i32* %3) {
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32*
store i32 %0, i32* %5
store i32 %1, i32* %6
store i32 %2, i32* %7
store i32* %3, i32** %8
br label %9
9: ; preds = %15, %4
%10 = load i32, i32* %5
%11 = load i32*, i32** %8
%12 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 1
%13 = load i32, i32* %12
%14 = icmp sge i32 %10, %13
br i1 %14, label %15, label %21
15: ; preds = %9
%16 = load i32*, i32** %8
%17 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 1
%18 = load i32, i32* %17
%19 = load i32, i32* %5
%20 = sub nsw i32 %19, %18
store i32 %20, i32* %5
br label %9
21: ; preds = %9
br label %22
22: ; preds = %25, %21
%23 = load i32, i32* %5
%24 = icmp slt i32 %23, 0
br i1 %24, label %25, label %31
25: ; preds = %22
%26 = load i32*, i32** %8
%27 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 1
%28 = load i32, i32* %27
%29 = load i32, i32* %5
%30 = add nsw i32 %29, %28
store i32 %30, i32* %5
br label %22
31: ; preds = %22
br label %32
32: ; preds = %38, %31
%33 = load i32, i32* %6
%34 = load i32*, i32** %8
%35 = getelementptr inbounds i32, i32* %34, i64 2
%36 = load i32, i32* %35
%37 = icmp sge i32 %33, %36
br i1 %37, label %38, label %44
38: ; preds = %32
%39 = load i32*, i32** %8
%40 = getelementptr inbounds i32, i32* %39, i64 2
%41 = load i32, i32* %40
%42 = load i32, i32* %6
%43 = sub nsw i32 %42, %41
store i32 %43, i32* %6
br label %32
44: ; preds = %32
br label %45
45: ; preds = %48, %44
%46 = load i32, i32* %6
%47 = icmp slt i32 %46, 0
br i1 %47, label %48, label %54
48: ; preds = %45
%49 = load i32*, i32** %8
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %49, i64 2
%51 = load i32, i32* %50
%52 = load i32, i32* %6
%53 = add nsw i32 %52, %51
store i32 %53, i32* %6
br label %45
54: ; preds = %45
br label %55
55: ; preds = %61, %54
%56 = load i32, i32* %7
%57 = load i32*, i32** %8
%58 = getelementptr inbounds i32, i32* %57, i64 3
%59 = load i32, i32* %58
%60 = icmp sge i32 %56, %59
br i1 %60, label %61, label %67
61: ; preds = %55
%62 = load i32*, i32** %8
%63 = getelementptr inbounds i32, i32* %62, i64 3
%64 = load i32, i32* %63
%65 = load i32, i32* %7
%66 = sub nsw i32 %65, %64
store i32 %66, i32* %7
br label %55
67: ; preds = %55
br label %68
68: ; preds = %71, %67
%69 = load i32, i32* %7
%70 = icmp slt i32 %69, 0
br i1 %70, label %71, label %77
71: ; preds = %68
%72 = load i32*, i32** %8
%73 = getelementptr inbounds i32, i32* %72, i64 3
%74 = load i32, i32* %73
%75 = load i32, i32* %7
%76 = add nsw i32 %75, %74
store i32 %76, i32* %7
br label %68
77: ; preds = %68
%78 = load i32, i32* %5
%79 = load i32*, i32** %8
%80 = getelementptr inbounds i32, i32* %79, i64 2
%81 = load i32, i32* %80
%82 = mul nsw i32 %78, %81
%83 = load i32, i32* %6
%84 = add nsw i32 %82, %83
%85 = load i32*, i32** %8
%86 = getelementptr inbounds i32, i32* %85, i64 3
%87 = load i32, i32* %86
%88 = mul nsw i32 %84, %87
%89 = load i32, i32* %7
%90 = add nsw i32 %88, %89
ret i32 %90
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @idx(i32 %0, i32 %1, i32 %2, i32* nocapture %3) {
%5 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 1
%6 = load i32, i32* %5
br label %7
7: ; preds = %7, %4
%8 = phi i32 [ %0, %4 ], [ %10, %7 ]
%9 = icmp slt i32 %8, %6
%10 = sub nsw i32 %8, %6
br i1 %9, label %11, label %7
11: ; preds = %7, %11
%12 = phi i32 [ %14, %11 ], [ %8, %7 ]
%13 = icmp slt i32 %12, 0
%14 = add nsw i32 %12, %6
br i1 %13, label %11, label %15
15: ; preds = %11
%16 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 2
%17 = load i32, i32* %16
br label %18
18: ; preds = %18, %15
%19 = phi i32 [ %21, %18 ], [ %1, %15 ]
%20 = icmp slt i32 %19, %17
%21 = sub nsw i32 %19, %17
br i1 %20, label %22, label %18
22: ; preds = %18, %22
%23 = phi i32 [ %25, %22 ], [ %19, %18 ]
%24 = icmp slt i32 %23, 0
%25 = add nsw i32 %23, %17
br i1 %24, label %22, label %26
26: ; preds = %22
%27 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 3
%28 = load i32, i32* %27
br label %29
29: ; preds = %29, %26
%30 = phi i32 [ %32, %29 ], [ %2, %26 ]
%31 = icmp slt i32 %30, %28
%32 = sub nsw i32 %30, %28
br i1 %31, label %33, label %29
33: ; preds = %29, %33
%34 = phi i32 [ %36, %33 ], [ %30, %29 ]
%35 = icmp slt i32 %34, 0
%36 = add nsw i32 %34, %28
br i1 %35, label %33, label %37
37: ; preds = %33
%38 = mul nsw i32 %17, %12
%39 = add nsw i32 %23, %38
%40 = mul nsw i32 %28, %39
%41 = add nsw i32 %34, %40
ret i32 %41
}