void matrixVectorMult(float mat[4][4], float vec[4], float out[4]) {
  out[0] = mat[0][0] * vec[0] + mat[0][1] * vec[1] + mat[0][2] * vec[2] +
           mat[0][3] * vec[3];
  out[1] = mat[1][0] * vec[0] + mat[1][1] * vec[1] + mat[1][2] * vec[2] +
           mat[1][3] * vec[3];
  out[2] = mat[2][0] * vec[0] + mat[2][1] * vec[1] + mat[2][2] * vec[2] +
           mat[2][3] * vec[3];
  out[3] = mat[3][0] * vec[0] + mat[3][1] * vec[1] + mat[3][2] * vec[2] +
           mat[3][3] * vec[3];
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrixVectorMult>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x4(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mulss  0x4(%rax),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
movss  %xmm0,(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x10(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x14(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mulss  0x4(%rax),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x18(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x1c(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0x4(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x20(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x24(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mulss  0x4(%rax),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x28(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x2c(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0x8(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x30(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x34(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
mulss  0x4(%rax),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x38(%rax),%xmm1
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x3c(%rax),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0xc(%rax)
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrixVectorMult>:
movss  (%rdi),%xmm0
movss  0x4(%rdi),%xmm1
mulss  0x4(%rsi),%xmm1
mulss  (%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x8(%rdi),%xmm1
mulss  0x8(%rsi),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0xc(%rdi),%xmm0
mulss  0xc(%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,(%rdx)
movss  0x10(%rdi),%xmm0
movss  0x14(%rdi),%xmm1
mulss  0x4(%rsi),%xmm1
mulss  (%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x18(%rdi),%xmm1
mulss  0x8(%rsi),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x1c(%rdi),%xmm0
mulss  0xc(%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,0x4(%rdx)
movss  0x20(%rdi),%xmm0
movss  0x24(%rdi),%xmm1
mulss  0x4(%rsi),%xmm1
mulss  (%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x28(%rdi),%xmm1
mulss  0x8(%rsi),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x2c(%rdi),%xmm0
mulss  0xc(%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,0x8(%rdx)
movss  0x30(%rdi),%xmm0
movss  0x34(%rdi),%xmm1
mulss  0x4(%rsi),%xmm1
mulss  (%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x38(%rdi),%xmm1
mulss  0x8(%rsi),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0x3c(%rdi),%xmm0
mulss  0xc(%rsi),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,0xc(%rdx)
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @matrixVectorMult([4 x float]* nocapture %0, float* nocapture %1, float* nocapture writeonly %2) {
%4 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 0, i64 0
%5 = load float, float* %4
%6 = load float, float* %1
%7 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 0, i64 1
%8 = load float, float* %7
%9 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 1
%10 = load float, float* %9
%11 = fmul float %8, %10
%12 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %5, float %6, float %11)
%13 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 0, i64 2
%14 = load float, float* %13
%15 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 2
%16 = load float, float* %15
%17 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %14, float %16, float %12)
%18 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 0, i64 3
%19 = load float, float* %18
%20 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 3
%21 = load float, float* %20
%22 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %19, float %21, float %17)
store float %22, float* %2
%23 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 1, i64 0
%24 = load float, float* %23
%25 = load float, float* %1
%26 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 1, i64 1
%27 = load float, float* %26
%28 = load float, float* %9
%29 = fmul float %27, %28
%30 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %24, float %25, float %29)
%31 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 1, i64 2
%32 = load float, float* %31
%33 = load float, float* %15
%34 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %32, float %33, float %30)
%35 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 1, i64 3
%36 = load float, float* %35
%37 = load float, float* %20
%38 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %36, float %37, float %34)
%39 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 1
store float %38, float* %39
%40 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 2, i64 0
%41 = load float, float* %40
%42 = load float, float* %1
%43 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 2, i64 1
%44 = load float, float* %43
%45 = load float, float* %9
%46 = fmul float %44, %45
%47 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %41, float %42, float %46)
%48 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 2, i64 2
%49 = load float, float* %48
%50 = load float, float* %15
%51 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %49, float %50, float %47)
%52 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 2, i64 3
%53 = load float, float* %52
%54 = load float, float* %20
%55 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %53, float %54, float %51)
%56 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 2
store float %55, float* %56
%57 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 3, i64 0
%58 = load float, float* %57
%59 = load float, float* %1
%60 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 3, i64 1
%61 = load float, float* %60
%62 = load float, float* %9
%63 = fmul float %61, %62
%64 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %58, float %59, float %63)
%65 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 3, i64 2
%66 = load float, float* %65
%67 = load float, float* %15
%68 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %66, float %67, float %64)
%69 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %0, i64 3, i64 3
%70 = load float, float* %69
%71 = load float, float* %20
%72 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %70, float %71, float %68)
%73 = getelementptr inbounds float, float* %2, i64 3
store float %72, float* %73
ret void
}