long expmod(long m, long a, long pq) {
  long z = m;
  long p = 1;
  while (a > 1) {
    if (a & 1) {
      p *= z;
      p %= pq;
    }
    z *= z;
    z %= pq;
    a >>= 1;
  }
  return (z * p) % pq;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<expmod>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
movq   $0x1,-0x28(%rbp)
cmpq   $0x1,-0x10(%rbp)
jle    118a <expmod+0x8a>
mov    -0x10(%rbp),%rax
and    $0x1,%rax
cmp    $0x0,%rax
je     115b <expmod+0x5b>
mov    -0x20(%rbp),%rax
imul   -0x28(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%rcx
mov    -0x28(%rbp),%rax
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
imul   -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%rcx
mov    -0x20(%rbp),%rax
cqto
idiv   %rcx
mov    %rdx,-0x20(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
sar    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x10(%rbp)
jmp    1120 <expmod+0x20>
mov    -0x20(%rbp),%rax
imul   -0x28(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x18(%rbp)
mov    %rdx,%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<expmod>:
mov    %rdx,%r8
mov    $0x1,%ecx
cmp    $0x2,%rsi
jge    1165 <expmod+0x65>
imul   %rcx,%rdi
mov    %rdi,%rax
or     %r8,%rax
shr    $0x20,%rax
je     119b <expmod+0x9b>
mov    %rdi,%rax
cqto
idiv   %r8
mov    %rdx,%rax
ret
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %rcx,%rax
cqto
idiv   %r8
mov    %rdx,%rcx
imul   %rdi,%rdi
mov    %rdi,%rax
or     %r8,%rax
shr    $0x20,%rax
je     1190 <expmod+0x90>
mov    %rdi,%rax
cqto
idiv   %r8
mov    %rdx,%rdi
mov    %rsi,%rax
shr    %rax
cmp    $0x3,%rsi
mov    %rax,%rsi
jbe    110e <expmod+0xe>
test   $0x1,%sil
je     113b <expmod+0x3b>
imul   %rdi,%rcx
mov    %rcx,%rax
or     %r8,%rax
shr    $0x20,%rax
jne    1130 <expmod+0x30>
mov    %ecx,%eax
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%ecx
jmp    113b <expmod+0x3b>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    %edi,%eax
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%edi
jmp    1156 <expmod+0x56>
mov    %edi,%eax
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @expmod(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = alloca i64
%5 = alloca i64
%6 = alloca i64
%7 = alloca i64
%8 = alloca i64
store i64 %0, i64* %4
store i64 %1, i64* %5
store i64 %2, i64* %6
%9 = load i64, i64* %4
store i64 %9, i64* %7
store i64 1, i64* %8
br label %10
10: ; preds = %24, %3
%11 = load i64, i64* %5
%12 = icmp sgt i64 %11, 1
br i1 %12, label %13, label %33
13: ; preds = %10
%14 = load i64, i64* %5
%15 = and i64 %14, 1
%16 = icmp ne i64 %15, 0
br i1 %16, label %17, label %24
17: ; preds = %13
%18 = load i64, i64* %7
%19 = load i64, i64* %8
%20 = mul nsw i64 %19, %18
store i64 %20, i64* %8
%21 = load i64, i64* %6
%22 = load i64, i64* %8
%23 = srem i64 %22, %21
store i64 %23, i64* %8
br label %24
24: ; preds = %17, %13
%25 = load i64, i64* %7
%26 = load i64, i64* %7
%27 = mul nsw i64 %26, %25
store i64 %27, i64* %7
%28 = load i64, i64* %6
%29 = load i64, i64* %7
%30 = srem i64 %29, %28
store i64 %30, i64* %7
%31 = load i64, i64* %5
%32 = ashr i64 %31, 1
store i64 %32, i64* %5
br label %10
33: ; preds = %10
%34 = load i64, i64* %7
%35 = load i64, i64* %8
%36 = mul nsw i64 %34, %35
%37 = load i64, i64* %6
%38 = srem i64 %36, %37
ret i64 %38
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @expmod(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = icmp sgt i64 %1, 1
br i1 %4, label %5, label %20
5: ; preds = %3, %14
%6 = phi i64 [ %15, %14 ], [ 1, %3 ]
%7 = phi i64 [ %17, %14 ], [ %0, %3 ]
%8 = phi i64 [ %18, %14 ], [ %1, %3 ]
%9 = and i64 %8, 1
%10 = icmp eq i64 %9, 0
br i1 %10, label %14, label %11
11: ; preds = %5
%12 = mul nsw i64 %6, %7
%13 = srem i64 %12, %2
br label %14
14: ; preds = %11, %5
%15 = phi i64 [ %13, %11 ], [ %6, %5 ]
%16 = mul nsw i64 %7, %7
%17 = srem i64 %16, %2
%18 = lshr i64 %8, 1
%19 = icmp ugt i64 %8, 3
br i1 %19, label %5, label %20
20: ; preds = %14, %3
%21 = phi i64 [ %0, %3 ], [ %17, %14 ]
%22 = phi i64 [ 1, %3 ], [ %15, %14 ]
%23 = mul nsw i64 %22, %21
%24 = srem i64 %23, %2
ret i64 %24
}