long long modexp(long long a, long long n, long long m) {
  long long res = 1;
  a = a % m;
  while (n > 0) {
    if (n & 1)
      res = (res * a) % m;
    n = n >> 1;
    a = (a * a) % m;
  }
  return res;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<modexp>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movq   $0x1,-0x20(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x8(%rbp)
cmpq   $0x0,-0x10(%rbp)
jle    117a <modexp+0x7a>
mov    -0x10(%rbp),%rax
and    $0x1,%rax
cmp    $0x0,%rax
je     1156 <modexp+0x56>
mov    -0x20(%rbp),%rax
imul   -0x8(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x20(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
sar    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
imul   -0x8(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x8(%rbp)
jmp    1126 <modexp+0x26>
mov    -0x20(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<modexp>:
test   %rsi,%rsi
jle    117e <modexp+0x7e>
mov    %rdx,%rcx
mov    $0x1,%r8d
jmp    112e <modexp+0x2e>
mov    %r8,%rax
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,%r8
mov    %rsi,%rax
shr    %rax
imul   %rdi,%rdi
cmp    $0x1,%rsi
mov    %rax,%rsi
jbe    117a <modexp+0x7a>
mov    %rdi,%rax
or     %rcx,%rax
shr    $0x20,%rax
je     1150 <modexp+0x50>
mov    %rdi,%rax
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,%rdi
test   $0x1,%sil
je     111b <modexp+0x1b>
jmp    115e <modexp+0x5e>
nopl   (%rax)
mov    %edi,%eax
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%edi
test   $0x1,%sil
je     111b <modexp+0x1b>
imul   %rdi,%r8
mov    %r8,%rax
or     %rcx,%rax
shr    $0x20,%rax
jne    1110 <modexp+0x10>
mov    %r8d,%eax
xor    %edx,%edx
div    %ecx
mov    %edx,%r8d
jmp    111b <modexp+0x1b>
mov    %r8,%rax
ret
mov    $0x1,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @modexp(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = alloca i64
%5 = alloca i64
%6 = alloca i64
%7 = alloca i64
store i64 %0, i64* %4
store i64 %1, i64* %5
store i64 %2, i64* %6
store i64 1, i64* %7
%8 = load i64, i64* %4
%9 = load i64, i64* %6
%10 = srem i64 %8, %9
store i64 %10, i64* %4
br label %11
11: ; preds = %24, %3
%12 = load i64, i64* %5
%13 = icmp sgt i64 %12, 0
br i1 %13, label %14, label %32
14: ; preds = %11
%15 = load i64, i64* %5
%16 = and i64 %15, 1
%17 = icmp ne i64 %16, 0
br i1 %17, label %18, label %24
18: ; preds = %14
%19 = load i64, i64* %7
%20 = load i64, i64* %4
%21 = mul nsw i64 %19, %20
%22 = load i64, i64* %6
%23 = srem i64 %21, %22
store i64 %23, i64* %7
br label %24
24: ; preds = %18, %14
%25 = load i64, i64* %5
%26 = ashr i64 %25, 1
store i64 %26, i64* %5
%27 = load i64, i64* %4
%28 = load i64, i64* %4
%29 = mul nsw i64 %27, %28
%30 = load i64, i64* %6
%31 = srem i64 %29, %30
store i64 %31, i64* %4
br label %11
32: ; preds = %11
%33 = load i64, i64* %7
ret i64 %33
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @modexp(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = icmp sgt i64 %1, 0
br i1 %4, label %5, label %20
5: ; preds = %3, %15
%6 = phi i64 [ %18, %15 ], [ %0, %3 ]
%7 = phi i64 [ %16, %15 ], [ 1, %3 ]
%8 = phi i64 [ %17, %15 ], [ %1, %3 ]
%9 = srem i64 %6, %2
%10 = and i64 %8, 1
%11 = icmp eq i64 %10, 0
br i1 %11, label %15, label %12
12: ; preds = %5
%13 = mul nsw i64 %9, %7
%14 = srem i64 %13, %2
br label %15
15: ; preds = %12, %5
%16 = phi i64 [ %14, %12 ], [ %7, %5 ]
%17 = lshr i64 %8, 1
%18 = mul nsw i64 %9, %9
%19 = icmp ult i64 %8, 2
br i1 %19, label %20, label %5
20: ; preds = %15, %3
%21 = phi i64 [ 1, %3 ], [ %16, %15 ]
ret i64 %21
}