long long fac_loop(int n, int k, long long prod) {
  if (k > n)
    return prod;
  else
    return fac_loop(n, k + 1, prod * (long long)k);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<fac_loop>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x20,%rsp
mov    %edi,-0xc(%rbp)
mov    %esi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jle    113b <fac_loop+0x2b>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
jmp    1159 <fac_loop+0x49>
mov    -0xc(%rbp),%edi
mov    -0x10(%rbp),%esi
add    $0x1,%esi
mov    -0x18(%rbp),%rdx
movslq -0x10(%rbp),%rax
imul   %rax,%rdx
call   1030 <fac_loop@plt>
mov    %rax,-0x8(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
add    $0x20,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<fac_loop>:
mov    %rdx,%rax
mov    %edi,%edx
sub    %esi,%edx
jl     1188 <fac_loop+0x88>
movslq %esi,%rcx
lea    0x1(%rdx),%esi
and    $0x7,%esi
je     112d <fac_loop+0x2d>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
imul   %rcx,%rax
add    $0x1,%rcx
add    $0xffffffff,%esi
jne    1120 <fac_loop+0x20>
cmp    $0x7,%edx
jb     1188 <fac_loop+0x88>
not    %edi
add    $0x7,%rcx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
lea    -0x7(%rcx),%rdx
imul   %rax,%rdx
lea    -0x6(%rcx),%rax
lea    -0x5(%rcx),%rsi
imul   %rsi,%rax
imul   %rdx,%rax
lea    -0x4(%rcx),%rdx
lea    -0x3(%rcx),%rsi
imul   %rsi,%rdx
lea    -0x2(%rcx),%rsi
imul   %rdx,%rsi
imul   %rax,%rsi
lea    -0x1(%rcx),%rax
imul   %rcx,%rax
imul   %rsi,%rax
add    $0x8,%rcx
lea    (%rdi,%rcx,1),%edx
cmp    $0x7,%edx
jne    1140 <fac_loop+0x40>
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @fac_loop(i32 %0, i32 %1, i64 %2) {
%4 = alloca i64
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i64
store i32 %0, i32* %5
store i32 %1, i32* %6
store i64 %2, i64* %7
%8 = load i32, i32* %6
%9 = load i32, i32* %5
%10 = icmp sgt i32 %8, %9
br i1 %10, label %11, label %13
11: ; preds = %3
%12 = load i64, i64* %7
store i64 %12, i64* %4
br label %22
13: ; preds = %3
%14 = load i32, i32* %5
%15 = load i32, i32* %6
%16 = add nsw i32 %15, 1
%17 = load i64, i64* %7
%18 = load i32, i32* %6
%19 = sext i32 %18 to i64
%20 = mul nsw i64 %17, %19
%21 = call i64 @fac_loop(i32 %14, i32 %16, i64 %20)
store i64 %21, i64* %4
br label %22
22: ; preds = %13, %11
%23 = load i64, i64* %4
ret i64 %23
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @fac_loop(i32 %0, i32 %1, i64 %2) {
%4 = icmp slt i32 %0, %1
br i1 %4, label %46, label %5
5: ; preds = %3
%6 = sext i32 %1 to i64
%7 = add i32 %0, 1
%8 = sub i32 %7, %1
%9 = sub i32 %0, %1
%10 = and i32 %8, 7
%11 = icmp eq i32 %10, 0
br i1 %11, label %20, label %12
12: ; preds = %5, %12
%13 = phi i64 [ %16, %12 ], [ %6, %5 ]
%14 = phi i64 [ %17, %12 ], [ %2, %5 ]
%15 = phi i32 [ %18, %12 ], [ 0, %5 ]
%16 = add nsw i64 %13, 1
%17 = mul nsw i64 %14, %13
%18 = add i32 %15, 1
%19 = icmp eq i32 %18, %10
br i1 %19, label %20, label %12
20: ; preds = %12, %5
%21 = phi i64 [ undef, %5 ], [ %17, %12 ]
%22 = phi i64 [ %6, %5 ], [ %16, %12 ]
%23 = phi i64 [ %2, %5 ], [ %17, %12 ]
%24 = icmp ult i32 %9, 7
br i1 %24, label %46, label %25
25: ; preds = %20, %25
%26 = phi i64 [ %42, %25 ], [ %22, %20 ]
%27 = phi i64 [ %43, %25 ], [ %23, %20 ]
%28 = add nsw i64 %26, 1
%29 = mul nsw i64 %27, %26
%30 = add nsw i64 %26, 2
%31 = mul nsw i64 %29, %28
%32 = add nsw i64 %26, 3
%33 = mul nsw i64 %31, %30
%34 = add nsw i64 %26, 4
%35 = mul nsw i64 %33, %32
%36 = add nsw i64 %26, 5
%37 = mul nsw i64 %35, %34
%38 = add nsw i64 %26, 6
%39 = mul nsw i64 %37, %36
%40 = add nsw i64 %26, 7
%41 = mul nsw i64 %39, %38
%42 = add nsw i64 %26, 8
%43 = mul nsw i64 %41, %40
%44 = trunc i64 %42 to i32
%45 = icmp eq i32 %7, %44
br i1 %45, label %46, label %25
46: ; preds = %20, %25, %3
%47 = phi i64 [ %2, %3 ], [ %21, %20 ], [ %43, %25 ]
ret i64 %47
}