void im2col(double *img, double *col, int width, int height, int channels,
            int kernel_w, int kernel_h, int pad_w, int pad_h, int stride_w,
            int stride_h) {
  int height_col = (height + 2 * pad_h - kernel_h) / stride_h + 1;
  int width_col = (width + 2 * pad_w - kernel_w) / stride_w + 1;
  int channels_col = channels * kernel_h * kernel_w;
  for (int c = 0; c < channels_col; ++c) {
    int w_offset = c % kernel_w;
    int h_offset = (c / kernel_w) % kernel_h;
    int c_im = c / (kernel_h * kernel_w);
    for (int h = 0; h < height_col; ++h) {
      for (int w = 0; w < width_col; ++w) {
        int h_pad = h * stride_h - pad_h + h_offset;
        int w_pad = w * stride_w - pad_w + w_offset;
        if (h_pad >= 0 && h_pad < height && w_pad >= 0 && w_pad < width) {
          col[(c * height_col + h) * width_col + w] =
              img[(c_im * height + h_pad) * width + w_pad];
        } else {
          col[(c * height_col + h) * width_col + w] = 0;
        }
      }
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<im2col>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    0x30(%rbp),%eax
mov    0x28(%rbp),%eax
mov    0x20(%rbp),%eax
mov    0x18(%rbp),%eax
mov    0x10(%rbp),%eax
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
mov    %r8d,-0x1c(%rbp)
mov    %r9d,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    0x20(%rbp),%ecx
shl    $0x1,%ecx
add    %ecx,%eax
sub    0x10(%rbp),%eax
cltd
idivl  0x30(%rbp)
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    0x18(%rbp),%ecx
shl    $0x1,%ecx
add    %ecx,%eax
sub    -0x20(%rbp),%eax
cltd
idivl  0x28(%rbp)
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
imul   0x10(%rbp),%eax
imul   -0x20(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
movl   $0x0,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x2c(%rbp),%eax
jge    12ac <im2col+0x1ac>
mov    -0x30(%rbp),%eax
cltd
idivl  -0x20(%rbp)
mov    %edx,-0x34(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
cltd
idivl  -0x20(%rbp)
cltd
idivl  0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x38(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
mov    0x10(%rbp),%ecx
imul   -0x20(%rbp),%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
movl   $0x0,-0x40(%rbp)
mov    -0x40(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jge    1299 <im2col+0x199>
movl   $0x0,-0x44(%rbp)
mov    -0x44(%rbp),%eax
cmp    -0x28(%rbp),%eax
jge    1286 <im2col+0x186>
mov    -0x40(%rbp),%eax
imul   0x30(%rbp),%eax
sub    0x20(%rbp),%eax
add    -0x38(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
mov    -0x44(%rbp),%eax
imul   0x28(%rbp),%eax
sub    0x18(%rbp),%eax
add    -0x34(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4c(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x48(%rbp)
jl     1253 <im2col+0x153>
mov    -0x48(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1253 <im2col+0x153>
cmpl   $0x0,-0x4c(%rbp)
jl     1253 <im2col+0x153>
mov    -0x4c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    1253 <im2col+0x153>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x3c(%rbp),%ecx
imul   -0x18(%rbp),%ecx
add    -0x48(%rbp),%ecx
imul   -0x14(%rbp),%ecx
add    -0x4c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%ecx
imul   -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x40(%rbp),%ecx
imul   -0x28(%rbp),%ecx
add    -0x44(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
jmp    1273 <im2col+0x173>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%ecx
imul   -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x40(%rbp),%ecx
imul   -0x28(%rbp),%ecx
add    -0x44(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
jmp    1278 <im2col+0x178>
mov    -0x44(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
jmp    11bc <im2col+0xbc>
jmp    128b <im2col+0x18b>
mov    -0x40(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x40(%rbp)
jmp    11a9 <im2col+0xa9>
jmp    129e <im2col+0x19e>
mov    -0x30(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
jmp    116e <im2col+0x6e>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<im2col>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %edx,%r11d
mov    %rsi,-0x48(%rsp)
mov    %rdi,-0x28(%rsp)
mov    0x58(%rsp),%r10d
mov    0x50(%rsp),%edi
mov    0x48(%rsp),%esi
mov    0x40(%rsp),%ebx
mov    0x38(%rsp),%ebp
mov    %ecx,-0x64(%rsp)
mov    %ecx,%eax
sub    %ebp,%eax
lea    (%rax,%rsi,2),%eax
cltd
idiv   %r10d
mov    %rax,-0x50(%rsp)
mov    %r11d,%eax
sub    %r9d,%eax
lea    (%rax,%rbx,2),%eax
cltd
idiv   %edi
mov    %rax,-0x40(%rsp)
mov    %r9d,-0x54(%rsp)
imul   %r9d,%ebp
mov    %ebp,-0x58(%rsp)
imul   %ebp,%r8d
test   %r8d,%r8d
jle    12d0 <im2col+0x1d0>
mov    -0x50(%rsp),%rax
add    $0x1,%eax
mov    -0x40(%rsp),%rcx
lea    0x1(%rcx),%edx
movslq %edi,%rbp
movslq %ebx,%rdi
movslq %r11d,%r15
movslq %r10d,%r13
movslq %esi,%rsi
movslq -0x64(%rsp),%rcx
movslq %edx,%r9
cltq
mov    %r8d,%edx
mov    %rdx,-0x20(%rsp)
mov    %eax,%r14d
mov    %r9d,%r12d
imul   %r9,%rax
shl    $0x3,%rax
mov    %rax,-0x18(%rsp)
shl    $0x3,%r9
neg    %rdi
mov    %rdi,-0x30(%rsp)
mov    %rsi,-0x10(%rsp)
neg    %rsi
mov    %rsi,-0x38(%rsp)
mov    %r13,-0x8(%rsp)
imul   %r15,%r13
shl    $0x3,%r13
xor    %eax,%eax
mov    %rax,-0x60(%rsp)
jmp    1206 <im2col+0x106>
xchg   %ax,%ax
mov    -0x60(%rsp),%rdx
add    $0x1,%rdx
mov    -0x18(%rsp),%rax
add    %rax,-0x48(%rsp)
mov    %rdx,%rax
mov    %rdx,-0x60(%rsp)
cmp    -0x20(%rsp),%rdx
je     12d0 <im2col+0x1d0>
cmpl   $0x0,-0x50(%rsp)
js     11e0 <im2col+0xe0>
mov    -0x60(%rsp),%rdi
mov    %edi,%eax
cltd
idivl  -0x54(%rsp)
mov    %edx,%esi
cltd
idivl  0x38(%rsp)
mov    %edx,%ebx
mov    %edi,%eax
cltd
idivl  -0x58(%rsp)
imul   -0x64(%rsp),%eax
movslq %esi,%rdi
add    -0x30(%rsp),%rdi
movslq %ebx,%rsi
cltq
mov    -0x38(%rsp),%rdx
add    %rsi,%rdx
add    %rdx,%rax
imul   %r15,%rax
mov    -0x28(%rsp),%rdx
lea    (%rdx,%rax,8),%rax
mov    -0x48(%rsp),%rbx
xor    %r11d,%r11d
jmp    1273 <im2col+0x173>
nopl   (%rax)
add    $0x1,%r11
add    %r9,%rbx
add    %r13,%rax
cmp    %r14,%r11
je     11e0 <im2col+0xe0>
cmpl   $0x0,-0x40(%rsp)
js     1260 <im2col+0x160>
mov    %r11,%r8
imul   -0x8(%rsp),%r8
sub    -0x10(%rsp),%r8
add    %rsi,%r8
mov    %rdi,%rdx
xor    %r10d,%r10d
jmp    12b2 <im2col+0x1b2>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
movsd  %xmm0,(%rbx,%r10,8)
add    $0x1,%r10
add    %rbp,%rdx
cmp    %r10,%r12
je     1260 <im2col+0x160>
xorps  %xmm0,%xmm0
test   %r8,%r8
js     12a0 <im2col+0x1a0>
cmp    %rcx,%r8
jge    12a0 <im2col+0x1a0>
test   %rdx,%rdx
js     12a0 <im2col+0x1a0>
cmp    %r15,%rdx
jge    12a0 <im2col+0x1a0>
movsd  (%rax,%rdx,8),%xmm0
jmp    12a0 <im2col+0x1a0>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @im2col(double* %0, double* %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4, i32 %5, i32 %6, i32 %7, i32 %8, i32 %9, i32 %10) {
%12 = alloca double*
%13 = alloca double*
%14 = alloca i32
%15 = alloca i32
%16 = alloca i32
%17 = alloca i32
%18 = alloca i32
%19 = alloca i32
%20 = alloca i32
%21 = alloca i32
%22 = alloca i32
%23 = alloca i32
%24 = alloca i32
%25 = alloca i32
%26 = alloca i32
%27 = alloca i32
%28 = alloca i32
%29 = alloca i32
%30 = alloca i32
%31 = alloca i32
%32 = alloca i32
%33 = alloca i32
store double* %0, double** %12
store double* %1, double** %13
store i32 %2, i32* %14
store i32 %3, i32* %15
store i32 %4, i32* %16
store i32 %5, i32* %17
store i32 %6, i32* %18
store i32 %7, i32* %19
store i32 %8, i32* %20
store i32 %9, i32* %21
store i32 %10, i32* %22
%34 = load i32, i32* %15
%35 = load i32, i32* %20
%36 = mul nsw i32 2, %35
%37 = add nsw i32 %34, %36
%38 = load i32, i32* %18
%39 = sub nsw i32 %37, %38
%40 = load i32, i32* %22
%41 = sdiv i32 %39, %40
%42 = add nsw i32 %41, 1
store i32 %42, i32* %23
%43 = load i32, i32* %14
%44 = load i32, i32* %19
%45 = mul nsw i32 2, %44
%46 = add nsw i32 %43, %45
%47 = load i32, i32* %17
%48 = sub nsw i32 %46, %47
%49 = load i32, i32* %21
%50 = sdiv i32 %48, %49
%51 = add nsw i32 %50, 1
store i32 %51, i32* %24
%52 = load i32, i32* %16
%53 = load i32, i32* %18
%54 = mul nsw i32 %52, %53
%55 = load i32, i32* %17
%56 = mul nsw i32 %54, %55
store i32 %56, i32* %25
store i32 0, i32* %26
br label %57
57: ; preds = %160, %11
%58 = load i32, i32* %26
%59 = load i32, i32* %25
%60 = icmp slt i32 %58, %59
br i1 %60, label %61, label %163
61: ; preds = %57
%62 = load i32, i32* %26
%63 = load i32, i32* %17
%64 = srem i32 %62, %63
store i32 %64, i32* %27
%65 = load i32, i32* %26
%66 = load i32, i32* %17
%67 = sdiv i32 %65, %66
%68 = load i32, i32* %18
%69 = srem i32 %67, %68
store i32 %69, i32* %28
%70 = load i32, i32* %26
%71 = load i32, i32* %18
%72 = load i32, i32* %17
%73 = mul nsw i32 %71, %72
%74 = sdiv i32 %70, %73
store i32 %74, i32* %29
store i32 0, i32* %30
br label %75
75: ; preds = %156, %61
%76 = load i32, i32* %30
%77 = load i32, i32* %23
%78 = icmp slt i32 %76, %77
br i1 %78, label %79, label %159
79: ; preds = %75
store i32 0, i32* %31
br label %80
80: ; preds = %152, %79
%81 = load i32, i32* %31
%82 = load i32, i32* %24
%83 = icmp slt i32 %81, %82
br i1 %83, label %84, label %155
84: ; preds = %80
%85 = load i32, i32* %30
%86 = load i32, i32* %22
%87 = mul nsw i32 %85, %86
%88 = load i32, i32* %20
%89 = sub nsw i32 %87, %88
%90 = load i32, i32* %28
%91 = add nsw i32 %89, %90
store i32 %91, i32* %32
%92 = load i32, i32* %31
%93 = load i32, i32* %21
%94 = mul nsw i32 %92, %93
%95 = load i32, i32* %19
%96 = sub nsw i32 %94, %95
%97 = load i32, i32* %27
%98 = add nsw i32 %96, %97
store i32 %98, i32* %33
%99 = load i32, i32* %32
%100 = icmp sge i32 %99, 0
br i1 %100, label %101, label %138
101: ; preds = %84
%102 = load i32, i32* %32
%103 = load i32, i32* %15
%104 = icmp slt i32 %102, %103
br i1 %104, label %105, label %138
105: ; preds = %101
%106 = load i32, i32* %33
%107 = icmp sge i32 %106, 0
br i1 %107, label %108, label %138
108: ; preds = %105
%109 = load i32, i32* %33
%110 = load i32, i32* %14
%111 = icmp slt i32 %109, %110
br i1 %111, label %112, label %138
112: ; preds = %108
%113 = load double*, double** %12
%114 = load i32, i32* %29
%115 = load i32, i32* %15
%116 = mul nsw i32 %114, %115
%117 = load i32, i32* %32
%118 = add nsw i32 %116, %117
%119 = load i32, i32* %14
%120 = mul nsw i32 %118, %119
%121 = load i32, i32* %33
%122 = add nsw i32 %120, %121
%123 = sext i32 %122 to i64
%124 = getelementptr inbounds double, double* %113, i64 %123
%125 = load double, double* %124
%126 = load double*, double** %13
%127 = load i32, i32* %26
%128 = load i32, i32* %23
%129 = mul nsw i32 %127, %128
%130 = load i32, i32* %30
%131 = add nsw i32 %129, %130
%132 = load i32, i32* %24
%133 = mul nsw i32 %131, %132
%134 = load i32, i32* %31
%135 = add nsw i32 %133, %134
%136 = sext i32 %135 to i64
%137 = getelementptr inbounds double, double* %126, i64 %136
store double %125, double* %137
br label %151
138: ; preds = %108, %105, %101, %84
%139 = load double*, double** %13
%140 = load i32, i32* %26
%141 = load i32, i32* %23
%142 = mul nsw i32 %140, %141
%143 = load i32, i32* %30
%144 = add nsw i32 %142, %143
%145 = load i32, i32* %24
%146 = mul nsw i32 %144, %145
%147 = load i32, i32* %31
%148 = add nsw i32 %146, %147
%149 = sext i32 %148 to i64
%150 = getelementptr inbounds double, double* %139, i64 %149
store double 0.000000e+00, double* %150
br label %151
151: ; preds = %138, %112
br label %152
152: ; preds = %151
%153 = load i32, i32* %31
%154 = add nsw i32 %153, 1
store i32 %154, i32* %31
br label %80
155: ; preds = %80
br label %156
156: ; preds = %155
%157 = load i32, i32* %30
%158 = add nsw i32 %157, 1
store i32 %158, i32* %30
br label %75
159: ; preds = %75
br label %160
160: ; preds = %159
%161 = load i32, i32* %26
%162 = add nsw i32 %161, 1
store i32 %162, i32* %26
br label %57
163: ; preds = %57
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @im2col(double* nocapture %0, double* nocapture writeonly %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4, i32 %5, i32 %6, i32 %7, i32 %8, i32 %9, i32 %10) {
%12 = shl nsw i32 %8, 1
%13 = sub i32 %3, %6
%14 = add i32 %13, %12
%15 = sdiv i32 %14, %10
%16 = add i32 %15, 1
%17 = shl nsw i32 %7, 1
%18 = sub i32 %2, %5
%19 = add i32 %18, %17
%20 = sdiv i32 %19, %9
%21 = add i32 %20, 1
%22 = mul i32 %6, %5
%23 = mul i32 %22, %4
%24 = icmp sgt i32 %23, 0
br i1 %24, label %25, label %39
25: ; preds = %11
%26 = icmp slt i32 %15, 0
%27 = icmp slt i32 %20, 0
%28 = sext i32 %9 to i64
%29 = sext i32 %7 to i64
%30 = sext i32 %2 to i64
%31 = sext i32 %10 to i64
%32 = sext i32 %8 to i64
%33 = sext i32 %3 to i64
%34 = sext i32 %21 to i64
%35 = sext i32 %16 to i64
%36 = zext i32 %23 to i64
%37 = zext i32 %16 to i64
%38 = zext i32 %21 to i64
br label %40
39: ; preds = %65, %11
ret void
40: ; preds = %25, %65
%41 = phi i64 [ 0, %25 ], [ %66, %65 ]
%42 = trunc i64 %41 to i32
br i1 %26, label %65, label %43
43: ; preds = %40
%44 = sdiv i32 %42, %5
%45 = srem i32 %44, %6
%46 = srem i32 %42, %5
%47 = sdiv i32 %42, %22
%48 = mul nsw i64 %41, %35
%49 = mul nsw i32 %47, %3
%50 = sext i32 %46 to i64
%51 = sext i32 %45 to i64
%52 = sext i32 %49 to i64
br label %53
53: ; preds = %43, %68
%54 = phi i64 [ 0, %43 ], [ %69, %68 ]
br i1 %27, label %68, label %55
55: ; preds = %53
%56 = mul nsw i64 %54, %31
%57 = sub nsw i64 %56, %32
%58 = add nsw i64 %57, %51
%59 = icmp sgt i64 %58, -1
%60 = icmp slt i64 %58, %33
%61 = add nsw i64 %54, %48
%62 = mul nsw i64 %61, %34
%63 = add nsw i64 %58, %52
%64 = mul nsw i64 %63, %30
br label %71
65: ; preds = %68, %40
%66 = add nuw nsw i64 %41, 1
%67 = icmp eq i64 %66, %36
br i1 %67, label %39, label %40
68: ; preds = %85, %53
%69 = add nuw nsw i64 %54, 1
%70 = icmp eq i64 %69, %37
br i1 %70, label %65, label %53
71: ; preds = %55, %85
%72 = phi i64 [ 0, %55 ], [ %89, %85 ]
%73 = mul nsw i64 %72, %28
%74 = sub nsw i64 %73, %29
%75 = add nsw i64 %74, %50
br i1 %59, label %76, label %85
76: ; preds = %71
%77 = icmp sgt i64 %75, -1
%78 = select i1 %60, i1 %77, i1 false
%79 = icmp slt i64 %75, %30
%80 = select i1 %78, i1 %79, i1 false
br i1 %80, label %81, label %85
81: ; preds = %76
%82 = add nsw i64 %75, %64
%83 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %82
%84 = load double, double* %83
br label %85
85: ; preds = %71, %76, %81
%86 = phi double [ %84, %81 ], [ 0.000000e+00, %76 ], [ 0.000000e+00, %71 ]
%87 = add nsw i64 %72, %62
%88 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %87
store double %86, double* %88
%89 = add nuw nsw i64 %72, 1
%90 = icmp eq i64 %89, %38
br i1 %90, label %68, label %71
}