int matrix_multiply(int n, int a[n][n], int b[n][n], int mat[n][n]) {
  int i;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    int j;
    for (j = 0; j < n; j++) {
      int k;
      int sum = 0;
      for (k = 0; k < n; k++)
        sum += a[i][k] * b[k][j];
      mat[i][j] = sum;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_multiply>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x48(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x40(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    11fb <matrix_multiply+0xfb>
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    11e8 <matrix_multiply+0xe8>
movl   $0x0,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    11b9 <matrix_multiply+0xb9>
mov    -0x40(%rbp),%rsi
mov    -0x48(%rbp),%rdx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
imul   %rdx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
imul   %rsi,%rdx
shl    $0x2,%rdx
add    %rdx,%rcx
movslq -0x28(%rbp),%rdx
imul   (%rcx,%rdx,4),%eax
add    -0x30(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    115c <matrix_multiply+0x5c>
mov    -0x38(%rbp),%rsi
mov    -0x30(%rbp),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
imul   %rsi,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1142 <matrix_multiply+0x42>
jmp    11ed <matrix_multiply+0xed>
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    112f <matrix_multiply+0x2f>
mov    -0x4(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_multiply>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %rcx,-0x20(%rsp)
mov    %rdx,-0x28(%rsp)
mov    %rsi,-0x30(%rsp)
test   %edi,%edi
jle    125a <matrix_multiply+0x15a>
mov    %edi,%eax
lea    -0x1(%rax),%rcx
mov    %rcx,-0x10(%rsp)
mov    %eax,%r10d
and    $0x3,%r10d
mov    %eax,%r9d
and    $0xfffffffc,%r9d
mov    -0x30(%rsp),%rcx
lea    0xc(%rcx),%rdi
lea    0x0(,%rax,4),%r11
mov    %rax,%r14
shl    $0x4,%r14
lea    (%r11,%r11,2),%rbx
xor    %ecx,%ecx
jmp    117a <matrix_multiply+0x7a>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    -0x18(%rsp),%rcx
add    $0x1,%rcx
add    %r11,%rdi
add    %r11,-0x30(%rsp)
cmp    %rax,%rcx
je     125a <matrix_multiply+0x15a>
mov    %rcx,-0x18(%rsp)
imul   %rax,%rcx
mov    -0x20(%rsp),%rdx
lea    (%rdx,%rcx,4),%rcx
mov    %rcx,-0x8(%rsp)
mov    -0x28(%rsp),%r8
xor    %r12d,%r12d
jmp    11b6 <matrix_multiply+0xb6>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    -0x8(%rsp),%rcx
mov    %r15d,(%rcx,%r12,4)
add    $0x1,%r12
add    $0x4,%r8
cmp    %rax,%r12
je     1160 <matrix_multiply+0x60>
cmpq   $0x3,-0x10(%rsp)
jae    11d0 <matrix_multiply+0xd0>
xor    %ecx,%ecx
xor    %r15d,%r15d
jmp    121d <matrix_multiply+0x11d>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
xor    %ecx,%ecx
mov    %r8,%r13
xor    %r15d,%r15d
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    0x0(%r13),%edx
imul   -0xc(%rdi,%rcx,4),%edx
add    %r15d,%edx
mov    0x0(%r13,%rax,4),%esi
imul   -0x8(%rdi,%rcx,4),%esi
add    %edx,%esi
mov    0x0(%r13,%rax,8),%edx
imul   -0x4(%rdi,%rcx,4),%edx
add    %esi,%edx
mov    0x0(%r13,%rbx,1),%r15d
imul   (%rdi,%rcx,4),%r15d
add    %edx,%r15d
add    $0x4,%rcx
add    %r14,%r13
cmp    %rcx,%r9
jne    11e0 <matrix_multiply+0xe0>
test   %r10,%r10
je     11a0 <matrix_multiply+0xa0>
mov    %rax,%rdx
imul   %rcx,%rdx
lea    (%r8,%rdx,4),%rdx
mov    -0x30(%rsp),%rsi
lea    (%rsi,%rcx,4),%rcx
xor    %esi,%esi
nopl   0x0(%rax)
mov    (%rdx),%ebp
imul   (%rcx,%rsi,4),%ebp
add    %ebp,%r15d
add    $0x1,%rsi
add    %r11,%rdx
cmp    %rsi,%r10
jne    1240 <matrix_multiply+0x140>
jmp    11a0 <matrix_multiply+0xa0>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @matrix_multiply(i32 %0, i32* %1, i32* %2, i32* %3) {
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32*
%8 = alloca i32*
%9 = alloca i32*
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
store i32 %0, i32* %6
store i32* %1, i32** %7
store i32* %2, i32** %8
store i32* %3, i32** %9
%14 = load i32, i32* %6
%15 = zext i32 %14 to i64
%16 = load i32, i32* %6
%17 = zext i32 %16 to i64
%18 = load i32, i32* %6
%19 = zext i32 %18 to i64
%20 = load i32, i32* %6
%21 = zext i32 %20 to i64
%22 = load i32, i32* %6
%23 = zext i32 %22 to i64
%24 = load i32, i32* %6
%25 = zext i32 %24 to i64
store i32 0, i32* %10
br label %26
26: ; preds = %79, %4
%27 = load i32, i32* %10
%28 = load i32, i32* %6
%29 = icmp slt i32 %27, %28
br i1 %29, label %30, label %82
30: ; preds = %26
store i32 0, i32* %11
br label %31
31: ; preds = %75, %30
%32 = load i32, i32* %11
%33 = load i32, i32* %6
%34 = icmp slt i32 %32, %33
br i1 %34, label %35, label %78
35: ; preds = %31
store i32 0, i32* %13
store i32 0, i32* %12
br label %36
36: ; preds = %62, %35
%37 = load i32, i32* %12
%38 = load i32, i32* %6
%39 = icmp slt i32 %37, %38
br i1 %39, label %40, label %65
40: ; preds = %36
%41 = load i32*, i32** %7
%42 = load i32, i32* %10
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = mul nsw i64 %43, %17
%45 = getelementptr inbounds i32, i32* %41, i64 %44
%46 = load i32, i32* %12
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %45, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
%50 = load i32*, i32** %8
%51 = load i32, i32* %12
%52 = sext i32 %51 to i64
%53 = mul nsw i64 %52, %21
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %50, i64 %53
%55 = load i32, i32* %11
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %54, i64 %56
%58 = load i32, i32* %57
%59 = mul nsw i32 %49, %58
%60 = load i32, i32* %13
%61 = add nsw i32 %60, %59
store i32 %61, i32* %13
br label %62
62: ; preds = %40
%63 = load i32, i32* %12
%64 = add nsw i32 %63, 1
store i32 %64, i32* %12
br label %36
65: ; preds = %36
%66 = load i32, i32* %13
%67 = load i32*, i32** %9
%68 = load i32, i32* %10
%69 = sext i32 %68 to i64
%70 = mul nsw i64 %69, %25
%71 = getelementptr inbounds i32, i32* %67, i64 %70
%72 = load i32, i32* %11
%73 = sext i32 %72 to i64
%74 = getelementptr inbounds i32, i32* %71, i64 %73
store i32 %66, i32* %74
br label %75
75: ; preds = %65
%76 = load i32, i32* %11
%77 = add nsw i32 %76, 1
store i32 %77, i32* %11
br label %31
78: ; preds = %31
br label %79
79: ; preds = %78
%80 = load i32, i32* %10
%81 = add nsw i32 %80, 1
store i32 %81, i32* %10
br label %26
82: ; preds = %26
%83 = load i32, i32* %5
ret i32 %83
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @matrix_multiply(i32 %0, i32* nocapture %1, i32* nocapture %2, i32* nocapture writeonly %3) {
%5 = zext i32 %0 to i64
%6 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %6, label %7, label %85
7: ; preds = %4
%8 = add nsw i64 %5, -1
%9 = and i64 %5, 3
%10 = icmp ult i64 %8, 3
%11 = and i64 %5, 4294967292
%12 = icmp eq i64 %9, 0
br label %13
13: ; preds = %7, %82
%14 = phi i64 [ %83, %82 ], [ 0, %7 ]
%15 = mul nuw nsw i64 %14, %5
%16 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %15
%17 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %15
br label %18
18: ; preds = %77, %13
%19 = phi i64 [ 0, %13 ], [ %80, %77 ]
%20 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %19
br i1 %10, label %59, label %21
21: ; preds = %18, %21
%22 = phi i64 [ %56, %21 ], [ 0, %18 ]
%23 = phi i32 [ %55, %21 ], [ 0, %18 ]
%24 = phi i64 [ %57, %21 ], [ 0, %18 ]
%25 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %22
%26 = load i32, i32* %25
%27 = mul nuw nsw i64 %22, %5
%28 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %27
%29 = load i32, i32* %28
%30 = mul nsw i32 %29, %26
%31 = add nsw i32 %30, %23
%32 = or i64 %22, 1
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %32
%34 = load i32, i32* %33
%35 = mul nuw nsw i64 %32, %5
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %35
%37 = load i32, i32* %36
%38 = mul nsw i32 %37, %34
%39 = add nsw i32 %38, %31
%40 = or i64 %22, 2
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %40
%42 = load i32, i32* %41
%43 = mul nuw nsw i64 %40, %5
%44 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %43
%45 = load i32, i32* %44
%46 = mul nsw i32 %45, %42
%47 = add nsw i32 %46, %39
%48 = or i64 %22, 3
%49 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %48
%50 = load i32, i32* %49
%51 = mul nuw nsw i64 %48, %5
%52 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %51
%53 = load i32, i32* %52
%54 = mul nsw i32 %53, %50
%55 = add nsw i32 %54, %47
%56 = add nuw nsw i64 %22, 4
%57 = add nuw i64 %24, 4
%58 = icmp eq i64 %57, %11
br i1 %58, label %59, label %21
59: ; preds = %21, %18
%60 = phi i32 [ undef, %18 ], [ %55, %21 ]
%61 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %56, %21 ]
%62 = phi i32 [ 0, %18 ], [ %55, %21 ]
br i1 %12, label %77, label %63
63: ; preds = %59, %63
%64 = phi i64 [ %74, %63 ], [ %61, %59 ]
%65 = phi i32 [ %73, %63 ], [ %62, %59 ]
%66 = phi i64 [ %75, %63 ], [ 0, %59 ]
%67 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %64
%68 = load i32, i32* %67
%69 = mul nuw nsw i64 %64, %5
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %69
%71 = load i32, i32* %70
%72 = mul nsw i32 %71, %68
%73 = add nsw i32 %72, %65
%74 = add nuw nsw i64 %64, 1
%75 = add i64 %66, 1
%76 = icmp eq i64 %75, %9
br i1 %76, label %77, label %63
77: ; preds = %63, %59
%78 = phi i32 [ %60, %59 ], [ %73, %63 ]
%79 = getelementptr inbounds i32, i32* %17, i64 %19
store i32 %78, i32* %79
%80 = add nuw nsw i64 %19, 1
%81 = icmp eq i64 %80, %5
br i1 %81, label %82, label %18
82: ; preds = %77
%83 = add nuw nsw i64 %14, 1
%84 = icmp eq i64 %83, %5
br i1 %84, label %85, label %13
85: ; preds = %82, %4
ret i32 undef
}