void marr_convolution(int *image, float *mask, int nr, int nc, float *res,
                      int NR, int NC, int depth) {
  int i, j, ii, jj, n, m, k, kk, d;
  float x;
  k = nr / 2;
  kk = nc / 2;
  for (d = 0; d < depth; d++) {
    for (i = 0; i < NR; i++) {
      for (j = 0; j < NC; j++) {
        x = 0.0;
        for (ii = 0; ii < nr; ii++) {
          n = i - k + ii;
          if (n < 0 || n >= NR)
            continue;
          for (jj = 0; jj < nc; jj++) {
            m = j - kk + jj;
            if (m < 0 || m >= NC)
              continue;
            x = x + mask[((nr) * (jj) + (ii) + (nc) * (nr) * (0))] *
                        (float)(image[((NR) * (m) + (n) + (NC) * (NR) * (d))]);
          }
        }
        res[((NR) * (j) + (i) + (NC) * (NR) * (d))] = x;
      }
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<marr_convolution>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    0x18(%rbp),%eax
mov    0x10(%rbp),%eax
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
mov    %r8,-0x20(%rbp)
mov    %r9d,-0x24(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x40(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x44(%rbp)
movl   $0x0,-0x48(%rbp)
mov    -0x48(%rbp),%eax
cmp    0x18(%rbp),%eax
jge    12c5 <marr_convolution+0x1c5>
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jge    12b2 <marr_convolution+0x1b2>
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    0x10(%rbp),%eax
jge    129f <marr_convolution+0x19f>
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x4c(%rbp)
movl   $0x0,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    1269 <marr_convolution+0x169>
mov    -0x28(%rbp),%eax
sub    -0x40(%rbp),%eax
add    -0x30(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x38(%rbp)
jl     11b2 <marr_convolution+0xb2>
mov    -0x38(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jl     11b7 <marr_convolution+0xb7>
jmp    125b <marr_convolution+0x15b>
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1256 <marr_convolution+0x156>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
sub    -0x44(%rbp),%eax
add    -0x34(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x3c(%rbp)
jl     11ec <marr_convolution+0xec>
mov    -0x3c(%rbp),%eax
cmp    0x10(%rbp),%eax
jl     11f1 <marr_convolution+0xf1>
jmp    1248 <marr_convolution+0x148>
movss  -0x4c(%rbp),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
imul   -0x34(%rbp),%ecx
add    -0x30(%rbp),%ecx
mov    -0x18(%rbp),%edx
imul   -0x14(%rbp),%edx
imul   $0x0,%edx,%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
imul   -0x3c(%rbp),%ecx
add    -0x38(%rbp),%ecx
mov    0x10(%rbp),%edx
imul   -0x24(%rbp),%edx
imul   -0x48(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
cvtsi2ssl (%rax,%rcx,4),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x4c(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    11be <marr_convolution+0xbe>
jmp    125b <marr_convolution+0x15b>
mov    -0x30(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
jmp    1184 <marr_convolution+0x84>
movss  -0x4c(%rbp),%xmm0
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
imul   -0x2c(%rbp),%ecx
add    -0x28(%rbp),%ecx
mov    0x10(%rbp),%edx
imul   -0x24(%rbp),%edx
imul   -0x48(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  %xmm0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1169 <marr_convolution+0x69>
jmp    12a4 <marr_convolution+0x1a4>
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1156 <marr_convolution+0x56>
jmp    12b7 <marr_convolution+0x1b7>
mov    -0x48(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
jmp    1143 <marr_convolution+0x43>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<marr_convolution>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %r8,-0x28(%rsp)
mov    %ecx,-0x6c(%rsp)
mov    %edx,-0x70(%rsp)
mov    %rsi,-0x38(%rsp)
cmpl   $0x0,0x40(%rsp)
jle    1311 <marr_convolution+0x211>
mov    0x38(%rsp),%r8d
mov    -0x70(%rsp),%edx
mov    %edx,%ebp
shr    $0x1f,%ebp
add    %edx,%ebp
sar    %ebp
neg    %ebp
mov    -0x6c(%rsp),%esi
mov    %esi,%ecx
shr    $0x1f,%ecx
add    %esi,%ecx
sar    %ecx
neg    %ecx
movslq %r8d,%rax
movslq %edx,%rbx
movslq %r9d,%rdx
mov    %rdx,-0x8(%rsp)
mov    %edx,%edx
mov    %rdx,-0x40(%rsp)
mov    %eax,%edx
mov    %rdx,-0x30(%rsp)
mov    %ebx,%r10d
mov    %esi,%edx
mov    %rdx,-0x10(%rsp)
shl    $0x2,%rbx
mov    %ecx,-0x54(%rsp)
imul   %r9d,%ecx
mov    %rbp,-0x48(%rsp)
add    %ebp,%ecx
mov    %ecx,-0x78(%rsp)
imul   %r9d,%r8d
mov    %r8d,-0x58(%rsp)
xor    %ecx,%ecx
mov    %rcx,-0x60(%rsp)
jmp    11bf <marr_convolution+0xbf>
nopl   0x0(%rax)
mov    -0x60(%rsp),%rdx
add    $0x1,%edx
mov    -0x58(%rsp),%ecx
add    %ecx,-0x78(%rsp)
mov    %rdx,-0x60(%rsp)
cmp    0x40(%rsp),%edx
je     1311 <marr_convolution+0x211>
test   %r9d,%r9d
jle    11a0 <marr_convolution+0xa0>
mov    -0x60(%rsp),%rcx
imul   0x38(%rsp),%ecx
mov    %rcx,-0x20(%rsp)
mov    -0x78(%rsp),%ecx
mov    %ecx,-0x74(%rsp)
xor    %ecx,%ecx
mov    %rcx,-0x68(%rsp)
jmp    120d <marr_convolution+0x10d>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    -0x68(%rsp),%rdx
add    $0x1,%rdx
addl   $0x1,-0x74(%rsp)
mov    %rdx,%rcx
mov    %rdx,-0x68(%rsp)
cmp    -0x40(%rsp),%rdx
je     11a0 <marr_convolution+0xa0>
cmpl   $0x0,0x38(%rsp)
jle    11f0 <marr_convolution+0xf0>
mov    -0x48(%rsp),%rcx
mov    -0x68(%rsp),%rdx
add    %ecx,%edx
movslq %edx,%r15
mov    -0x54(%rsp),%ecx
mov    -0x74(%rsp),%r8d
xor    %esi,%esi
jmp    126e <marr_convolution+0x16e>
xorps  %xmm0,%xmm0
mov    -0x20(%rsp),%rcx
mov    -0x18(%rsp),%rsi
add    %esi,%ecx
imul   %r9d,%ecx
add    -0x68(%rsp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    -0x28(%rsp),%rdx
movss  %xmm0,(%rdx,%rcx,4)
add    $0x1,%rsi
mov    -0x50(%rsp),%r8d
add    %r9d,%r8d
mov    -0x4c(%rsp),%ecx
add    $0x1,%ecx
cmp    -0x30(%rsp),%rsi
je     11f0 <marr_convolution+0xf0>
cmpl   $0x0,-0x70(%rsp)
mov    %ecx,-0x4c(%rsp)
mov    %r8d,-0x50(%rsp)
mov    %rsi,-0x18(%rsp)
jle    1230 <marr_convolution+0x130>
movslq %ecx,%r14
xorps  %xmm0,%xmm0
mov    -0x38(%rsp),%rbp
xor    %r13d,%r13d
jmp    12b1 <marr_convolution+0x1b1>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
add    $0x1,%r13
add    $0x4,%rbp
add    $0x1,%r8d
cmp    %r10,%r13
je     1233 <marr_convolution+0x133>
mov    %r13,%rdx
add    %r15,%rdx
js     12a0 <marr_convolution+0x1a0>
cmp    -0x8(%rsp),%rdx
jge    12a0 <marr_convolution+0x1a0>
cmpl   $0x0,-0x6c(%rsp)
jle    12a0 <marr_convolution+0x1a0>
mov    -0x10(%rsp),%r11
mov    %r14,%rdx
mov    %r8d,%esi
mov    %rbp,%r12
jmp    12f0 <marr_convolution+0x1f0>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
add    %rbx,%r12
add    %r9d,%esi
add    $0x1,%rdx
add    $0xffffffffffffffff,%r11
je     12a0 <marr_convolution+0x1a0>
test   %rdx,%rdx
js     12e0 <marr_convolution+0x1e0>
cmp    %rax,%rdx
jge    12e0 <marr_convolution+0x1e0>
movslq %esi,%rcx
xorps  %xmm1,%xmm1
cvtsi2ssl (%rdi,%rcx,4),%xmm1
mulss  (%r12),%xmm1
addss  %xmm1,%xmm0
jmp    12e0 <marr_convolution+0x1e0>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @marr_convolution(i32* %0, float* %1, i32 %2, i32 %3, float* %4, i32 %5, i32 %6, i32 %7) {
%9 = alloca i32*
%10 = alloca float*
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca float*
%14 = alloca i32
%15 = alloca i32
%16 = alloca i32
%17 = alloca i32
%18 = alloca i32
%19 = alloca i32
%20 = alloca i32
%21 = alloca i32
%22 = alloca i32
%23 = alloca i32
%24 = alloca i32
%25 = alloca i32
%26 = alloca float
store i32* %0, i32** %9
store float* %1, float** %10
store i32 %2, i32* %11
store i32 %3, i32* %12
store float* %4, float** %13
store i32 %5, i32* %14
store i32 %6, i32* %15
store i32 %7, i32* %16
%27 = load i32, i32* %11
%28 = sdiv i32 %27, 2
store i32 %28, i32* %23
%29 = load i32, i32* %12
%30 = sdiv i32 %29, 2
store i32 %30, i32* %24
store i32 0, i32* %25
br label %31
31: ; preds = %145, %8
%32 = load i32, i32* %25
%33 = load i32, i32* %16
%34 = icmp slt i32 %32, %33
br i1 %34, label %35, label %148
35: ; preds = %31
store i32 0, i32* %17
br label %36
36: ; preds = %141, %35
%37 = load i32, i32* %17
%38 = load i32, i32* %14
%39 = icmp slt i32 %37, %38
br i1 %39, label %40, label %144
40: ; preds = %36
store i32 0, i32* %18
br label %41
41: ; preds = %137, %40
%42 = load i32, i32* %18
%43 = load i32, i32* %15
%44 = icmp slt i32 %42, %43
br i1 %44, label %45, label %140
45: ; preds = %41
store float 0.000000e+00, float* %26
store i32 0, i32* %19
br label %46
46: ; preds = %118, %45
%47 = load i32, i32* %19
%48 = load i32, i32* %11
%49 = icmp slt i32 %47, %48
br i1 %49, label %50, label %121
50: ; preds = %46
%51 = load i32, i32* %17
%52 = load i32, i32* %23
%53 = sub nsw i32 %51, %52
%54 = load i32, i32* %19
%55 = add nsw i32 %53, %54
store i32 %55, i32* %21
%56 = load i32, i32* %21
%57 = icmp slt i32 %56, 0
br i1 %57, label %62, label %58
58: ; preds = %50
%59 = load i32, i32* %21
%60 = load i32, i32* %14
%61 = icmp sge i32 %59, %60
br i1 %61, label %62, label %63
62: ; preds = %58, %50
br label %118
63: ; preds = %58
store i32 0, i32* %20
br label %64
64: ; preds = %114, %63
%65 = load i32, i32* %20
%66 = load i32, i32* %12
%67 = icmp slt i32 %65, %66
br i1 %67, label %68, label %117
68: ; preds = %64
%69 = load i32, i32* %18
%70 = load i32, i32* %24
%71 = sub nsw i32 %69, %70
%72 = load i32, i32* %20
%73 = add nsw i32 %71, %72
store i32 %73, i32* %22
%74 = load i32, i32* %22
%75 = icmp slt i32 %74, 0
br i1 %75, label %80, label %76
76: ; preds = %68
%77 = load i32, i32* %22
%78 = load i32, i32* %15
%79 = icmp sge i32 %77, %78
br i1 %79, label %80, label %81
80: ; preds = %76, %68
br label %114
81: ; preds = %76
%82 = load float, float* %26
%83 = load float*, float** %10
%84 = load i32, i32* %11
%85 = load i32, i32* %20
%86 = mul nsw i32 %84, %85
%87 = load i32, i32* %19
%88 = add nsw i32 %86, %87
%89 = load i32, i32* %12
%90 = load i32, i32* %11
%91 = mul nsw i32 %89, %90
%92 = mul nsw i32 %91, 0
%93 = add nsw i32 %88, %92
%94 = sext i32 %93 to i64
%95 = getelementptr inbounds float, float* %83, i64 %94
%96 = load float, float* %95
%97 = load i32*, i32** %9
%98 = load i32, i32* %14
%99 = load i32, i32* %22
%100 = mul nsw i32 %98, %99
%101 = load i32, i32* %21
%102 = add nsw i32 %100, %101
%103 = load i32, i32* %15
%104 = load i32, i32* %14
%105 = mul nsw i32 %103, %104
%106 = load i32, i32* %25
%107 = mul nsw i32 %105, %106
%108 = add nsw i32 %102, %107
%109 = sext i32 %108 to i64
%110 = getelementptr inbounds i32, i32* %97, i64 %109
%111 = load i32, i32* %110
%112 = sitofp i32 %111 to float
%113 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %96, float %112, float %82)
store float %113, float* %26
br label %114
114: ; preds = %81, %80
%115 = load i32, i32* %20
%116 = add nsw i32 %115, 1
store i32 %116, i32* %20
br label %64
117: ; preds = %64
br label %118
118: ; preds = %117, %62
%119 = load i32, i32* %19
%120 = add nsw i32 %119, 1
store i32 %120, i32* %19
br label %46
121: ; preds = %46
%122 = load float, float* %26
%123 = load float*, float** %13
%124 = load i32, i32* %14
%125 = load i32, i32* %18
%126 = mul nsw i32 %124, %125
%127 = load i32, i32* %17
%128 = add nsw i32 %126, %127
%129 = load i32, i32* %15
%130 = load i32, i32* %14
%131 = mul nsw i32 %129, %130
%132 = load i32, i32* %25
%133 = mul nsw i32 %131, %132
%134 = add nsw i32 %128, %133
%135 = sext i32 %134 to i64
%136 = getelementptr inbounds float, float* %123, i64 %135
store float %122, float* %136
br label %137
137: ; preds = %121
%138 = load i32, i32* %18
%139 = add nsw i32 %138, 1
store i32 %139, i32* %18
br label %41
140: ; preds = %41
br label %141
141: ; preds = %140
%142 = load i32, i32* %17
%143 = add nsw i32 %142, 1
store i32 %143, i32* %17
br label %36
144: ; preds = %36
br label %145
145: ; preds = %144
%146 = load i32, i32* %25
%147 = add nsw i32 %146, 1
store i32 %147, i32* %25
br label %31
148: ; preds = %31
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @marr_convolution(i32* nocapture %0, float* nocapture %1, i32 %2, i32 %3, float* nocapture writeonly %4, i32 %5, i32 %6, i32 %7) {
%9 = sdiv i32 %2, -2
%10 = sdiv i32 %3, -2
%11 = icmp sgt i32 %7, 0
br i1 %11, label %12, label %94
12: ; preds = %8
%13 = icmp sgt i32 %5, 0
%14 = icmp sgt i32 %6, 0
%15 = icmp sgt i32 %2, 0
%16 = icmp slt i32 %3, 1
%17 = sext i32 %6 to i64
%18 = sext i32 %2 to i64
%19 = sext i32 %5 to i64
%20 = zext i32 %5 to i64
%21 = zext i32 %6 to i64
%22 = zext i32 %2 to i64
%23 = zext i32 %3 to i64
br label %24
24: ; preds = %12, %91
%25 = phi i32 [ 0, %12 ], [ %92, %91 ]
br i1 %13, label %26, label %91
26: ; preds = %24
%27 = mul i32 %25, %6
br label %28
28: ; preds = %26, %88
%29 = phi i64 [ 0, %26 ], [ %89, %88 ]
br i1 %14, label %30, label %88
30: ; preds = %28
%31 = trunc i64 %29 to i32
%32 = add i32 %9, %31
%33 = sext i32 %32 to i64
br label %34
34: ; preds = %30, %79
%35 = phi i64 [ 0, %30 ], [ %86, %79 ]
%36 = trunc i64 %35 to i32
br i1 %15, label %37, label %79
37: ; preds = %34
%38 = add i32 %10, %36
%39 = sext i32 %38 to i64
br label %40
40: ; preds = %37, %75
%41 = phi i64 [ 0, %37 ], [ %77, %75 ]
%42 = phi float [ 0.000000e+00, %37 ], [ %76, %75 ]
%43 = add nsw i64 %41, %33
%44 = icmp slt i64 %43, 0
%45 = icmp sge i64 %43, %19
%46 = or i1 %44, %45
%47 = or i1 %46, %16
br i1 %47, label %75, label %48
48: ; preds = %40
%49 = trunc i64 %43 to i32
br label %50
50: ; preds = %48, %71
%51 = phi i64 [ 0, %48 ], [ %73, %71 ]
%52 = phi float [ %42, %48 ], [ %72, %71 ]
%53 = add nsw i64 %51, %39
%54 = icmp sgt i64 %53, -1
%55 = icmp slt i64 %53, %17
%56 = and i1 %54, %55
br i1 %56, label %57, label %71
57: ; preds = %50
%58 = mul nsw i64 %51, %18
%59 = add nsw i64 %58, %41
%60 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 %59
%61 = load float, float* %60
%62 = trunc i64 %53 to i32
%63 = add i32 %27, %62
%64 = mul i32 %63, %5
%65 = add i32 %64, %49
%66 = sext i32 %65 to i64
%67 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %66
%68 = load i32, i32* %67
%69 = sitofp i32 %68 to float
%70 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %61, float %69, float %52)
br label %71
71: ; preds = %50, %57
%72 = phi float [ %52, %50 ], [ %70, %57 ]
%73 = add nuw nsw i64 %51, 1
%74 = icmp eq i64 %73, %23
br i1 %74, label %75, label %50
75: ; preds = %71, %40
%76 = phi float [ %42, %40 ], [ %72, %71 ]
%77 = add nuw nsw i64 %41, 1
%78 = icmp eq i64 %77, %22
br i1 %78, label %79, label %40
79: ; preds = %75, %34
%80 = phi float [ 0.000000e+00, %34 ], [ %76, %75 ]
%81 = add i32 %27, %36
%82 = mul i32 %81, %5
%83 = add i32 %82, %31
%84 = sext i32 %83 to i64
%85 = getelementptr inbounds float, float* %4, i64 %84
store float %80, float* %85
%86 = add nuw nsw i64 %35, 1
%87 = icmp eq i64 %86, %21
br i1 %87, label %88, label %34
88: ; preds = %79, %28
%89 = add nuw nsw i64 %29, 1
%90 = icmp eq i64 %89, %20
br i1 %90, label %91, label %28
91: ; preds = %88, %24
%92 = add nuw nsw i32 %25, 1
%93 = icmp eq i32 %92, %7
br i1 %93, label %94, label %24
94: ; preds = %91, %8
ret void
}