void histogram(int M, int N, int step, int matrix[M][step], int P,
               int hist[P]) {
  for (int k = 0; k < P; k++) {
    hist[k] = 0;
  }
  for (int i = 0; i < M; i++) {
    for (int j = 0; j < N; j++) {
      hist[matrix[i][j]] += 1;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<histogram>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %edx,-0xc(%rbp)
mov    %rcx,-0x18(%rbp)
mov    %r8d,-0x1c(%rbp)
mov    %r9,-0x28(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x40(%rbp)
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    1150 <histogram+0x50>
mov    -0x28(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
movl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1127 <histogram+0x27>
movl   $0x0,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x4(%rbp),%eax
jge    11c3 <histogram+0xc3>
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    11b0 <histogram+0xb0>
mov    -0x40(%rbp),%rsi
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
movslq -0x30(%rbp),%rdx
imul   %rsi,%rdx
shl    $0x2,%rdx
add    %rdx,%rcx
movslq -0x34(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    116a <histogram+0x6a>
jmp    11b5 <histogram+0xb5>
mov    -0x30(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
jmp    1157 <histogram+0x57>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<histogram>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %r9,%rbx
mov    %rcx,%r14
mov    %edx,%r12d
mov    %esi,%r13d
mov    %edi,%r15d
test   %r8d,%r8d
jle    1140 <histogram+0x30>
mov    %r8d,%edx
shl    $0x2,%rdx
mov    %rbx,%rdi
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
test   %r15d,%r15d
jle    11e3 <histogram+0xd3>
mov    %r12d,%r10d
mov    %r15d,%r9d
mov    %r13d,%edx
lea    -0x1(%rdx),%r8
mov    %edx,%edi
and    $0x3,%edi
and    $0xfffffffc,%edx
lea    0xc(%r14),%rsi
shl    $0x2,%r10
xor    %r11d,%r11d
jmp    117f <histogram+0x6f>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r11
add    %r10,%rsi
add    %r10,%r14
cmp    %r9,%r11
je     11e3 <histogram+0xd3>
test   %r13d,%r13d
jle    1170 <histogram+0x60>
xor    %ecx,%ecx
cmp    $0x3,%r8
jb     11bc <histogram+0xac>
nopl   0x0(%rax)
movslq -0xc(%rsi,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq -0x8(%rsi,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq -0x4(%rsi,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq (%rsi,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
add    $0x4,%rcx
cmp    %rcx,%rdx
jne    1190 <histogram+0x80>
test   %rdi,%rdi
je     1170 <histogram+0x60>
lea    (%r14,%rcx,4),%rcx
xor    %eax,%eax
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rcx,%rax,4),%rbp
addl   $0x1,(%rbx,%rbp,4)
add    $0x1,%rax
cmp    %rax,%rdi
jne    11d0 <histogram+0xc0>
jmp    1170 <histogram+0x60>
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @histogram(i32 %0, i32 %1, i32 %2, i32* nocapture %3, i32 %4, i32* nocapture %5) {
%7 = zext i32 %2 to i64
%8 = icmp sgt i32 %4, 0
br i1 %8, label %9, label %13
9: ; preds = %6
%10 = bitcast i32* %5 to i8*
%11 = zext i32 %4 to i64
%12 = shl nuw nsw i64 %11, 2
br label %13
13: ; preds = %9, %6
%14 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %14, label %15, label %29
15: ; preds = %13
%16 = icmp sgt i32 %1, 0
%17 = zext i32 %0 to i64
%18 = zext i32 %1 to i64
%19 = add nsw i64 %18, -1
%20 = and i64 %18, 3
%21 = icmp ult i64 %19, 3
%22 = and i64 %18, 4294967292
%23 = icmp eq i64 %20, 0
br label %24
24: ; preds = %15, %44
%25 = phi i64 [ 0, %15 ], [ %45, %44 ]
br i1 %16, label %26, label %44
26: ; preds = %24
%27 = mul nuw nsw i64 %25, %7
%28 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %27
br i1 %21, label %30, label %47
29: ; preds = %44, %13
ret void
30: ; preds = %47, %26
%31 = phi i64 [ 0, %26 ], [ %77, %47 ]
br i1 %23, label %44, label %32
32: ; preds = %30, %32
%33 = phi i64 [ %41, %32 ], [ %31, %30 ]
%34 = phi i64 [ %42, %32 ], [ 0, %30 ]
%35 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %33
%36 = load i32, i32* %35
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %37
%39 = load i32, i32* %38
%40 = add nsw i32 %39, 1
store i32 %40, i32* %38
%41 = add nuw nsw i64 %33, 1
%42 = add i64 %34, 1
%43 = icmp eq i64 %42, %20
br i1 %43, label %44, label %32
44: ; preds = %30, %32, %24
%45 = add nuw nsw i64 %25, 1
%46 = icmp eq i64 %45, %17
br i1 %46, label %29, label %24
47: ; preds = %26, %47
%48 = phi i64 [ %77, %47 ], [ 0, %26 ]
%49 = phi i64 [ %78, %47 ], [ 0, %26 ]
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %48
%51 = load i32, i32* %50
%52 = sext i32 %51 to i64
%53 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %52
%54 = load i32, i32* %53
%55 = add nsw i32 %54, 1
store i32 %55, i32* %53
%56 = or i64 %48, 1
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %56
%58 = load i32, i32* %57
%59 = sext i32 %58 to i64
%60 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %59
%61 = load i32, i32* %60
%62 = add nsw i32 %61, 1
store i32 %62, i32* %60
%63 = or i64 %48, 2
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %63
%65 = load i32, i32* %64
%66 = sext i32 %65 to i64
%67 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %66
%68 = load i32, i32* %67
%69 = add nsw i32 %68, 1
store i32 %69, i32* %67
%70 = or i64 %48, 3
%71 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %70
%72 = load i32, i32* %71
%73 = sext i32 %72 to i64
%74 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %73
%75 = load i32, i32* %74
%76 = add nsw i32 %75, 1
store i32 %76, i32* %74
%77 = add nuw nsw i64 %48, 4
%78 = add i64 %49, 4
%79 = icmp eq i64 %78, %22
br i1 %79, label %30, label %47
}