long utopian_tree(int cycles) {
  long tree_size = 1;
  int i = 0;
  while (i < cycles) {
    if (i % 2 == 0) {
      tree_size += tree_size;
    } else {
      tree_size += 1;
    }
    i++;
  }
  return tree_size;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<utopian_tree>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
movq   $0x1,-0x10(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x4(%rbp),%eax
jge    1161 <utopian_tree+0x61>
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x0,%edx
jne    1147 <utopian_tree+0x47>
mov    -0x10(%rbp),%rax
add    -0x10(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x10(%rbp)
jmp    1153 <utopian_tree+0x53>
mov    -0x10(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x10(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1116 <utopian_tree+0x16>
mov    -0x10(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<utopian_tree>:
test   %edi,%edi
jle    111a <utopian_tree+0x1a>
lea    -0x1(%rdi),%eax
mov    %edi,%ecx
and    $0x3,%ecx
cmp    $0x3,%eax
jae    1120 <utopian_tree+0x20>
mov    $0x1,%eax
xor    %edx,%edx
jmp    113f <utopian_tree+0x3f>
mov    $0x1,%eax
ret
and    $0xfffffffc,%edi
mov    $0x1,%eax
xor    %edx,%edx
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
lea    0x3(,%rax,4),%rax
add    $0x4,%edx
cmp    %edx,%edi
jne    1130 <utopian_tree+0x30>
test   %ecx,%ecx
je     1167 <utopian_tree+0x67>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
test   $0x1,%dl
mov    $0x1,%esi
cmove  %rax,%rsi
add    %rsi,%rax
add    $0x1,%edx
add    $0xffffffff,%ecx
jne    1150 <utopian_tree+0x50>
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @utopian_tree(i32 %0) {
%2 = alloca i32
%3 = alloca i64
%4 = alloca i32
store i32 %0, i32* %2
store i64 1, i64* %3
store i32 0, i32* %4
br label %5
5: ; preds = %20, %1
%6 = load i32, i32* %4
%7 = load i32, i32* %2
%8 = icmp slt i32 %6, %7
br i1 %8, label %9, label %23
9: ; preds = %5
%10 = load i32, i32* %4
%11 = srem i32 %10, 2
%12 = icmp eq i32 %11, 0
br i1 %12, label %13, label %17
13: ; preds = %9
%14 = load i64, i64* %3
%15 = load i64, i64* %3
%16 = add nsw i64 %15, %14
store i64 %16, i64* %3
br label %20
17: ; preds = %9
%18 = load i64, i64* %3
%19 = add nsw i64 %18, 1
store i64 %19, i64* %3
br label %20
20: ; preds = %17, %13
%21 = load i32, i32* %4
%22 = add nsw i32 %21, 1
store i32 %22, i32* %4
br label %5
23: ; preds = %5
%24 = load i64, i64* %3
ret i64 %24
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @utopian_tree(i32 %0) {
%2 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %2, label %3, label %34
3: ; preds = %1
%4 = add i32 %0, -1
%5 = and i32 %0, 3
%6 = icmp ult i32 %4, 3
br i1 %6, label %18, label %7
7: ; preds = %3
%8 = and i32 %0, -4
br label %9
9: ; preds = %9, %7
%10 = phi i32 [ 0, %7 ], [ %15, %9 ]
%11 = phi i64 [ 1, %7 ], [ %14, %9 ]
%12 = phi i32 [ 0, %7 ], [ %16, %9 ]
%13 = shl i64 %11, 2
%14 = or i64 %13, 3
%15 = add nuw nsw i32 %10, 4
%16 = add i32 %12, 4
%17 = icmp eq i32 %16, %8
br i1 %17, label %18, label %9
18: ; preds = %9, %3
%19 = phi i64 [ undef, %3 ], [ %14, %9 ]
%20 = phi i32 [ 0, %3 ], [ %15, %9 ]
%21 = phi i64 [ 1, %3 ], [ %14, %9 ]
%22 = icmp eq i32 %5, 0
br i1 %22, label %34, label %23
23: ; preds = %18, %23
%24 = phi i32 [ %31, %23 ], [ %20, %18 ]
%25 = phi i64 [ %30, %23 ], [ %21, %18 ]
%26 = phi i32 [ %32, %23 ], [ 0, %18 ]
%27 = and i32 %24, 1
%28 = icmp eq i32 %27, 0
%29 = select i1 %28, i64 %25, i64 1
%30 = add nsw i64 %29, %25
%31 = add nuw nsw i32 %24, 1
%32 = add i32 %26, 1
%33 = icmp eq i32 %32, %5
br i1 %33, label %34, label %23
34: ; preds = %18, %23, %1
%35 = phi i64 [ 1, %1 ], [ %19, %18 ], [ %30, %23 ]
ret i64 %35
}