int expon(int base, int expon, int mod) {
  int length = 0;
  for (length = 31; length >= 0; length--) {
    if (expon & (1 << length)) {
      break;
    }
  }
  long long z = 1;
  for (int i = length; i >= 0; i--) {
    z = (z * z) % mod;
    if (expon & (1 << i)) {
      z = (z * base) % mod;
    }
  }
  return z;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<expon>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %edx,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
movl   $0x1f,-0x10(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x10(%rbp)
jl     1157 <expon+0x57>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    -0x10(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%edx
shl    %cl,%edx
mov    %edx,%ecx
and    %ecx,%eax
cmp    $0x0,%eax
je     1144 <expon+0x44>
jmp    1157 <expon+0x57>
jmp    1149 <expon+0x49>
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
jmp    111b <expon+0x1b>
movq   $0x1,-0x18(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x1c(%rbp)
jl     11cb <expon+0xcb>
mov    -0x18(%rbp),%rax
imul   -0x18(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%edx
shl    %cl,%edx
mov    %edx,%ecx
and    %ecx,%eax
cmp    $0x0,%eax
je     11b8 <expon+0xb8>
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x4(%rbp),%rcx
imul   %rcx,%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
jmp    11bd <expon+0xbd>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1165 <expon+0x65>
mov    -0x18(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<expon>:
mov    %edx,%r8d
mov    $0x1c,%ecx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
lea    0x3(%rcx),%eax
movzbl %al,%eax
bt     %eax,%esi
jb     1147 <expon+0x47>
lea    0x2(%rcx),%eax
movzbl %al,%eax
bt     %eax,%esi
jb     1150 <expon+0x50>
lea    0x1(%rcx),%eax
movzbl %al,%eax
bt     %eax,%esi
jb     11c5 <expon+0xc5>
bt     %ecx,%esi
jb     1153 <expon+0x53>
add    $0xfffffffc,%ecx
cmp    $0xfffffffc,%ecx
jne    1110 <expon+0x10>
jmp    11cc <expon+0xcc>
add    $0x3,%ecx
test   %ecx,%ecx
jns    1157 <expon+0x57>
jmp    11cc <expon+0xcc>
add    $0x2,%ecx
test   %ecx,%ecx
js     11cc <expon+0xcc>
movslq %r8d,%r9
movslq %edi,%rdi
mov    $0x1,%eax
jmp    1181 <expon+0x81>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
cqto
idiv   %r9
mov    %rdx,%rax
lea    -0x1(%rcx),%edx
test   %ecx,%ecx
mov    %edx,%ecx
jle    11d1 <expon+0xd1>
imul   %rax,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %r9,%rdx
shr    $0x20,%rdx
je     11a0 <expon+0xa0>
cqto
idiv   %r9
mov    %rdx,%rax
bt     %ecx,%esi
jb     11ac <expon+0xac>
jmp    1178 <expon+0x78>
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%eax
bt     %ecx,%esi
jae    1178 <expon+0x78>
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %r9,%rdx
shr    $0x20,%rdx
jne    1170 <expon+0x70>
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%eax
jmp    1178 <expon+0x78>
add    $0x1,%ecx
test   %ecx,%ecx
jns    1157 <expon+0x57>
mov    $0x1,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @expon(i32 %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i64
%9 = alloca i32
store i32 %0, i32* %4
store i32 %1, i32* %5
store i32 %2, i32* %6
store i32 0, i32* %7
store i32 31, i32* %7
br label %10
10: ; preds = %21, %3
%11 = load i32, i32* %7
%12 = icmp sge i32 %11, 0
br i1 %12, label %13, label %24
13: ; preds = %10
%14 = load i32, i32* %5
%15 = load i32, i32* %7
%16 = shl i32 1, %15
%17 = and i32 %14, %16
%18 = icmp ne i32 %17, 0
br i1 %18, label %19, label %20
19: ; preds = %13
br label %24
20: ; preds = %13
br label %21
21: ; preds = %20
%22 = load i32, i32* %7
%23 = add nsw i32 %22, -1
store i32 %23, i32* %7
br label %10
24: ; preds = %19, %10
store i64 1, i64* %8
%25 = load i32, i32* %7
store i32 %25, i32* %9
br label %26
26: ; preds = %50, %24
%27 = load i32, i32* %9
%28 = icmp sge i32 %27, 0
br i1 %28, label %29, label %53
29: ; preds = %26
%30 = load i64, i64* %8
%31 = load i64, i64* %8
%32 = mul nsw i64 %30, %31
%33 = load i32, i32* %6
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = srem i64 %32, %34
store i64 %35, i64* %8
%36 = load i32, i32* %5
%37 = load i32, i32* %9
%38 = shl i32 1, %37
%39 = and i32 %36, %38
%40 = icmp ne i32 %39, 0
br i1 %40, label %41, label %49
41: ; preds = %29
%42 = load i64, i64* %8
%43 = load i32, i32* %4
%44 = sext i32 %43 to i64
%45 = mul nsw i64 %42, %44
%46 = load i32, i32* %6
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = srem i64 %45, %47
store i64 %48, i64* %8
br label %49
49: ; preds = %41, %29
br label %50
50: ; preds = %49
%51 = load i32, i32* %9
%52 = add nsw i32 %51, -1
store i32 %52, i32* %9
br label %26
53: ; preds = %26
%54 = load i64, i64* %8
%55 = trunc i64 %54 to i32
ret i32 %55
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @expon(i32 %0, i32 %1, i32 %2) {
br label %4
4: ; preds = %24, %3
%5 = phi i32 [ 31, %3 ], [ %25, %24 ]
%6 = shl nuw i32 1, %5
%7 = and i32 %6, %1
%8 = icmp eq i32 %7, 0
br i1 %8, label %9, label %27
9: ; preds = %4
%10 = add nsw i32 %5, -1
%11 = shl nuw i32 1, %10
%12 = and i32 %11, %1
%13 = icmp eq i32 %12, 0
br i1 %13, label %14, label %27
14: ; preds = %9
%15 = add nsw i32 %5, -2
%16 = shl nuw i32 1, %15
%17 = and i32 %16, %1
%18 = icmp eq i32 %17, 0
br i1 %18, label %19, label %27
19: ; preds = %14
%20 = add nsw i32 %5, -3
%21 = shl nuw i32 1, %20
%22 = and i32 %21, %1
%23 = icmp eq i32 %22, 0
br i1 %23, label %24, label %27
24: ; preds = %19
%25 = add nsw i32 %5, -4
%26 = icmp eq i32 %20, 0
br i1 %26, label %33, label %4
27: ; preds = %19, %14, %9, %4
%28 = phi i32 [ %5, %4 ], [ %10, %9 ], [ %15, %14 ], [ %20, %19 ]
%29 = icmp sgt i32 %28, -1
br i1 %29, label %30, label %33
30: ; preds = %27
%31 = sext i32 %2 to i64
%32 = sext i32 %0 to i64
br label %36
33: ; preds = %24, %47, %27
%34 = phi i64 [ 1, %27 ], [ %48, %47 ], [ 1, %24 ]
%35 = trunc i64 %34 to i32
ret i32 %35
36: ; preds = %30, %47
%37 = phi i32 [ %28, %30 ], [ %49, %47 ]
%38 = phi i64 [ 1, %30 ], [ %48, %47 ]
%39 = mul nsw i64 %38, %38
%40 = srem i64 %39, %31
%41 = shl nuw i32 1, %37
%42 = and i32 %41, %1
%43 = icmp eq i32 %42, 0
br i1 %43, label %47, label %44
44: ; preds = %36
%45 = mul nsw i64 %40, %32
%46 = srem i64 %45, %31
br label %47
47: ; preds = %36, %44
%48 = phi i64 [ %46, %44 ], [ %40, %36 ]
%49 = add nsw i32 %37, -1
%50 = icmp sgt i32 %37, 0
br i1 %50, label %36, label %33
}