unsigned int reverse_bits(unsigned int v, const unsigned int num_bits) {
  unsigned int r = v;
  int s = num_bits - 1;
  for (v >>= 1; v; v >>= 1) {
    r <<= 1;
    r |= v & 1;
    s--;
  }
  r <<= s;
  r &= (1 << num_bits) - 1;
  return r;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<reverse_bits>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
shr    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)
je     1158 <reverse_bits+0x58>
mov    -0xc(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
and    $0x1,%eax
or     -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
shr    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    1122 <reverse_bits+0x22>
mov    -0x10(%rbp),%ecx
mov    -0xc(%rbp),%eax
shl    %cl,%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%eax
shl    %cl,%eax
sub    $0x1,%eax
and    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<reverse_bits>:
mov    %esi,%r8d
lea    -0x1(%r8),%ecx
cmp    $0x2,%edi
jae    1110 <reverse_bits+0x10>
mov    %edi,%edx
jmp    1134 <reverse_bits+0x34>
mov    %edi,%edx
mov    %edi,%eax
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
shr    %eax
mov    %eax,%esi
and    $0x1,%esi
lea    (%rsi,%rdx,2),%edx
add    $0xffffffff,%ecx
cmp    $0x3,%edi
mov    %eax,%edi
ja     1120 <reverse_bits+0x20>
shl    %cl,%edx
mov    $0xffffffff,%eax
mov    %r8d,%ecx
shl    %cl,%eax
not    %eax
and    %edx,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @reverse_bits(i32 %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
store i32 %0, i32* %3
store i32 %1, i32* %4
%7 = load i32, i32* %3
store i32 %7, i32* %5
%8 = load i32, i32* %4
%9 = sub i32 %8, 1
store i32 %9, i32* %6
%10 = load i32, i32* %3
%11 = lshr i32 %10, 1
store i32 %11, i32* %3
br label %12
12: ; preds = %24, %2
%13 = load i32, i32* %3
%14 = icmp ne i32 %13, 0
br i1 %14, label %15, label %27
15: ; preds = %12
%16 = load i32, i32* %5
%17 = shl i32 %16, 1
store i32 %17, i32* %5
%18 = load i32, i32* %3
%19 = and i32 %18, 1
%20 = load i32, i32* %5
%21 = or i32 %20, %19
store i32 %21, i32* %5
%22 = load i32, i32* %6
%23 = add nsw i32 %22, -1
store i32 %23, i32* %6
br label %24
24: ; preds = %15
%25 = load i32, i32* %3
%26 = lshr i32 %25, 1
store i32 %26, i32* %3
br label %12
27: ; preds = %12
%28 = load i32, i32* %6
%29 = load i32, i32* %5
%30 = shl i32 %29, %28
store i32 %30, i32* %5
%31 = load i32, i32* %4
%32 = shl i32 1, %31
%33 = sub nsw i32 %32, 1
%34 = load i32, i32* %5
%35 = and i32 %34, %33
store i32 %35, i32* %5
%36 = load i32, i32* %5
ret i32 %36
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @reverse_bits(i32 %0, i32 %1) {
%3 = add i32 %1, -1
%4 = icmp ult i32 %0, 2
br i1 %4, label %15, label %5
5: ; preds = %2, %5
%6 = phi i32 [ %9, %5 ], [ %0, %2 ]
%7 = phi i32 [ %13, %5 ], [ %3, %2 ]
%8 = phi i32 [ %12, %5 ], [ %0, %2 ]
%9 = lshr i32 %6, 1
%10 = shl i32 %8, 1
%11 = and i32 %9, 1
%12 = or i32 %10, %11
%13 = add i32 %7, -1
%14 = icmp ult i32 %6, 4
br i1 %14, label %15, label %5
15: ; preds = %5, %2
%16 = phi i32 [ %0, %2 ], [ %12, %5 ]
%17 = phi i32 [ %3, %2 ], [ %13, %5 ]
%18 = shl i32 %16, %17
%19 = shl nsw i32 -1, %1
%20 = xor i32 %19, -1
%21 = and i32 %18, %20
ret i32 %21
}