long morton_index(const long x, const long y, const long min_dim) {
  long offset = 0, shift = 0;
  for (long mask = 1; mask < min_dim; mask <<= 1, shift++)
    offset |= (((y & mask) | ((x & mask) << 1))) << shift;
  offset |= ((x | y) >> shift) << (shift * 2);
  return offset;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<morton_index>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movq   $0x0,-0x20(%rbp)
movq   $0x0,-0x28(%rbp)
movq   $0x1,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
cmp    -0x18(%rbp),%rax
jge    1179 <morton_index+0x79>
mov    -0x10(%rbp),%rax
and    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
and    -0x30(%rbp),%rcx
shl    $0x1,%rcx
or     %rcx,%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
shl    %cl,%rax
or     -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
shl    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
jmp    1128 <morton_index+0x28>
mov    -0x8(%rbp),%rax
or     -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
sar    %cl,%rax
mov    -0x28(%rbp),%rcx
shl    $0x1,%rcx
shl    %cl,%rax
or     -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<morton_index>:
mov    %rsi,%rax
cmp    $0x2,%rdx
jl     1146 <morton_index+0x46>
mov    $0x1,%r10d
xor    %ecx,%ecx
xor    %r8d,%r8d
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    %r10,%r9
and    %rax,%r9
mov    %r10,%rsi
and    %rdi,%rsi
add    %rsi,%rsi
or     %r9,%rsi
shl    %cl,%rsi
or     %rsi,%r8
add    %r10,%r10
add    $0x1,%rcx
cmp    %rdx,%r10
jl     1120 <morton_index+0x20>
jmp    114b <morton_index+0x4b>
xor    %r8d,%r8d
xor    %ecx,%ecx
or     %rdi,%rax
sar    %cl,%rax
add    %ecx,%ecx
shl    %cl,%rax
or     %r8,%rax
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @morton_index(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = alloca i64
%5 = alloca i64
%6 = alloca i64
%7 = alloca i64
%8 = alloca i64
%9 = alloca i64
store i64 %0, i64* %4
store i64 %1, i64* %5
store i64 %2, i64* %6
store i64 0, i64* %7
store i64 0, i64* %8
store i64 1, i64* %9
br label %10
10: ; preds = %27, %3
%11 = load i64, i64* %9
%12 = load i64, i64* %6
%13 = icmp slt i64 %11, %12
br i1 %13, label %14, label %32
14: ; preds = %10
%15 = load i64, i64* %5
%16 = load i64, i64* %9
%17 = and i64 %15, %16
%18 = load i64, i64* %4
%19 = load i64, i64* %9
%20 = and i64 %18, %19
%21 = shl i64 %20, 1
%22 = or i64 %17, %21
%23 = load i64, i64* %8
%24 = shl i64 %22, %23
%25 = load i64, i64* %7
%26 = or i64 %25, %24
store i64 %26, i64* %7
br label %27
27: ; preds = %14
%28 = load i64, i64* %9
%29 = shl i64 %28, 1
store i64 %29, i64* %9
%30 = load i64, i64* %8
%31 = add nsw i64 %30, 1
store i64 %31, i64* %8
br label %10
32: ; preds = %10
%33 = load i64, i64* %4
%34 = load i64, i64* %5
%35 = or i64 %33, %34
%36 = load i64, i64* %8
%37 = ashr i64 %35, %36
%38 = load i64, i64* %8
%39 = mul nsw i64 %38, 2
%40 = shl i64 %37, %39
%41 = load i64, i64* %7
%42 = or i64 %41, %40
store i64 %42, i64* %7
%43 = load i64, i64* %7
ret i64 %43
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @morton_index(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = icmp sgt i64 %2, 1
br i1 %4, label %13, label %5
5: ; preds = %13, %3
%6 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %22, %13 ]
%7 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %24, %13 ]
%8 = or i64 %1, %0
%9 = ashr i64 %8, %7
%10 = shl nuw nsw i64 %7, 1
%11 = shl i64 %9, %10
%12 = or i64 %11, %6
ret i64 %12
13: ; preds = %3, %13
%14 = phi i64 [ %23, %13 ], [ 1, %3 ]
%15 = phi i64 [ %24, %13 ], [ 0, %3 ]
%16 = phi i64 [ %22, %13 ], [ 0, %3 ]
%17 = and i64 %14, %1
%18 = and i64 %14, %0
%19 = shl i64 %18, 1
%20 = or i64 %19, %17
%21 = shl i64 %20, %15
%22 = or i64 %21, %16
%23 = shl i64 %14, 1
%24 = add nuw nsw i64 %15, 1
%25 = icmp slt i64 %23, %2
br i1 %25, label %13, label %5
}