#define NULL ((void *)0)
typedef unsigned long size_t; // Customize by platform.
typedef long intptr_t;
typedef unsigned long uintptr_t;
typedef long scalar_t__; // Either arithmetic or pointer type.
/* By default, we understand bool (as a convenience). */
typedef int bool;
#define false 0
#define true 1

/* Forward declarations */

/* Type definitions */

/* Variables and functions */
scalar_t__ exp(double);
void softmax(double input[10], double loss[10], int label, int count) {
  double inner = 0;
  for (int i = 0; i < count; ++i) {
    double res = 0;
    for (int j = 0; j < count; ++j) {
      res += exp(input[j] - input[i]);
    }
    loss[i] = 1. / res;
    inner -= loss[i] * loss[i];
  }
  inner += loss[label];
  for (int i = 0; i < count; ++i) {
    loss[i] *= (i == label) - loss[i] - inner;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<softmax>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1203 <softmax+0xf3>
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1198 <softmax+0x88>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
call   1030 <exp@plt>
cvtsi2sd %rax,%xmm0
addsd  -0x30(%rbp),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    1150 <softmax+0x40>
movsd  0xe60(%rip),%xmm0
divsd  -0x30(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x20(%rbp),%xmm1
movq   %xmm0,%rax
movabs $0x8000000000000000,%rcx
xor    %rcx,%rax
movq   %rax,%xmm0
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x20(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1135 <softmax+0x25>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
addsd  -0x20(%rbp),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1271 <softmax+0x161>
mov    -0x38(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
sete   %al
and    $0x1,%al
movzbl %al,%eax
cvtsi2sd %eax,%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x38(%rbp),%rcx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
subsd  -0x20(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x38(%rbp),%rcx
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x38(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
jmp    1221 <softmax+0x111>
add    $0x40,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<softmax>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x18,%rsp
test   %ecx,%ecx
jle    126b <softmax+0x15b>
mov    %ecx,%r15d
mov    %rsi,%r12
mov    %rdi,%rbp
mov    %edx,0x4(%rsp)
mov    %ecx,%r13d
xorpd  %xmm3,%xmm3
xor    %ebx,%ebx
nopl   0x0(%rax)
movsd  %xmm3,0x8(%rsp)
xor    %r14d,%r14d
xorps  %xmm1,%xmm1
nopl   0x0(%rax)
movsd  %xmm1,0x10(%rsp)
movsd  0x0(%rbp,%r14,8),%xmm0
subsd  0x0(%rbp,%rbx,8),%xmm0
call   1030 <exp@plt>
movsd  0x10(%rsp),%xmm1
xorps  %xmm0,%xmm0
cvtsi2sd %rax,%xmm0
addsd  %xmm0,%xmm1
add    $0x1,%r14
cmp    %r14,%r13
jne    1150 <softmax+0x40>
movsd  0xe75(%rip),%xmm4
movapd %xmm4,%xmm0
divsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,(%r12,%rbx,8)
mulsd  %xmm0,%xmm0
movsd  0x8(%rsp),%xmm3
subsd  %xmm0,%xmm3
add    $0x1,%rbx
cmp    %r13,%rbx
jne    1140 <softmax+0x30>
test   %r15d,%r15d
mov    0x4(%rsp),%eax
jle    126b <softmax+0x15b>
cltq
addsd  (%r12,%rax,8),%xmm3
mov    %eax,%ecx
cmp    $0x1,%r15d
jne    11e4 <softmax+0xd4>
xor    %eax,%eax
test   $0x1,%r13b
je     126b <softmax+0x15b>
cmp    %rcx,%rax
je     124b <softmax+0x13b>
xorpd  %xmm0,%xmm0
jmp    1253 <softmax+0x143>
mov    %r13d,%edx
and    $0xfffffffe,%edx
xor    %eax,%eax
jmp    120c <softmax+0xfc>
xchg   %ax,%ax
subsd  %xmm0,%xmm1
subsd  %xmm3,%xmm1
mulsd  %xmm0,%xmm1
movsd  %xmm1,0x8(%r12,%rax,8)
add    $0x2,%rax
cmp    %rdx,%rax
je     11cf <softmax+0xbf>
movapd %xmm4,%xmm1
cmp    %rax,%rcx
je     1219 <softmax+0x109>
xorpd  %xmm1,%xmm1
movsd  (%r12,%rax,8),%xmm2
movsd  0x8(%r12,%rax,8),%xmm0
subsd  %xmm2,%xmm1
subsd  %xmm3,%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm1
movsd  %xmm1,(%r12,%rax,8)
lea    0x1(%rax),%rsi
movapd %xmm4,%xmm1
cmp    %rcx,%rsi
je     11f0 <softmax+0xe0>
xorpd  %xmm1,%xmm1
jmp    11f0 <softmax+0xe0>
movsd  0xdad(%rip),%xmm0
movsd  (%r12,%rax,8),%xmm1
subsd  %xmm1,%xmm0
subsd  %xmm3,%xmm0
mulsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,(%r12,%rax,8)
add    $0x18,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @softmax(double* %0, double* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca double*
%6 = alloca double*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca double
%10 = alloca i32
%11 = alloca double
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
store double* %0, double** %5
store double* %1, double** %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
store double 0.000000e+00, double* %9
store i32 0, i32* %10
br label %14
14: ; preds = %62, %4
%15 = load i32, i32* %10
%16 = load i32, i32* %8
%17 = icmp slt i32 %15, %16
br i1 %17, label %18, label %65
18: ; preds = %14
store double 0.000000e+00, double* %11
store i32 0, i32* %12
br label %19
19: ; preds = %39, %18
%20 = load i32, i32* %12
%21 = load i32, i32* %8
%22 = icmp slt i32 %20, %21
br i1 %22, label %23, label %42
23: ; preds = %19
%24 = load double*, double** %5
%25 = load i32, i32* %12
%26 = sext i32 %25 to i64
%27 = getelementptr inbounds double, double* %24, i64 %26
%28 = load double, double* %27
%29 = load double*, double** %5
%30 = load i32, i32* %10
%31 = sext i32 %30 to i64
%32 = getelementptr inbounds double, double* %29, i64 %31
%33 = load double, double* %32
%34 = fsub double %28, %33
%35 = call i64 @exp(double %34)
%36 = sitofp i64 %35 to double
%37 = load double, double* %11
%38 = fadd double %37, %36
store double %38, double* %11
br label %39
39: ; preds = %23
%40 = load i32, i32* %12
%41 = add nsw i32 %40, 1
store i32 %41, i32* %12
br label %19
42: ; preds = %19
%43 = load double, double* %11
%44 = fdiv double 1.000000e+00, %43
%45 = load double*, double** %6
%46 = load i32, i32* %10
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds double, double* %45, i64 %47
store double %44, double* %48
%49 = load double*, double** %6
%50 = load i32, i32* %10
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds double, double* %49, i64 %51
%53 = load double, double* %52
%54 = load double*, double** %6
%55 = load i32, i32* %10
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds double, double* %54, i64 %56
%58 = load double, double* %57
%59 = load double, double* %9
%60 = fneg double %53
%61 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %60, double %58, double %59)
store double %61, double* %9
br label %62
62: ; preds = %42
%63 = load i32, i32* %10
%64 = add nsw i32 %63, 1
store i32 %64, i32* %10
br label %14
65: ; preds = %14
%66 = load double*, double** %6
%67 = load i32, i32* %7
%68 = sext i32 %67 to i64
%69 = getelementptr inbounds double, double* %66, i64 %68
%70 = load double, double* %69
%71 = load double, double* %9
%72 = fadd double %71, %70
store double %72, double* %9
store i32 0, i32* %13
br label %73
73: ; preds = %97, %65
%74 = load i32, i32* %13
%75 = load i32, i32* %8
%76 = icmp slt i32 %74, %75
br i1 %76, label %77, label %100
77: ; preds = %73
%78 = load i32, i32* %13
%79 = load i32, i32* %7
%80 = icmp eq i32 %78, %79
%81 = zext i1 %80 to i32
%82 = sitofp i32 %81 to double
%83 = load double*, double** %6
%84 = load i32, i32* %13
%85 = sext i32 %84 to i64
%86 = getelementptr inbounds double, double* %83, i64 %85
%87 = load double, double* %86
%88 = fsub double %82, %87
%89 = load double, double* %9
%90 = fsub double %88, %89
%91 = load double*, double** %6
%92 = load i32, i32* %13
%93 = sext i32 %92 to i64
%94 = getelementptr inbounds double, double* %91, i64 %93
%95 = load double, double* %94
%96 = fmul double %95, %90
store double %96, double* %94
br label %97
97: ; preds = %77
%98 = load i32, i32* %13
%99 = add nsw i32 %98, 1
store i32 %99, i32* %13
br label %73
100: ; preds = %73
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @softmax(double* nocapture %0, double* nocapture %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %5, label %6, label %53
6: ; preds = %4
%7 = zext i32 %3 to i64
br label %8
8: ; preds = %23, %6
%9 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %28, %23 ]
%10 = phi double [ 0.000000e+00, %6 ], [ %27, %23 ]
%11 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %9
br label %30
12: ; preds = %23
%13 = sext i32 %2 to i64
%14 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %13
%15 = load double, double* %14
%16 = fadd double %27, %15
br i1 %5, label %17, label %53
17: ; preds = %12
%18 = zext i32 %2 to i64
%19 = and i64 %7, 1
%20 = icmp eq i32 %3, 1
br i1 %20, label %42, label %21
21: ; preds = %17
%22 = and i64 %7, 4294967294
br label %54
23: ; preds = %30
%24 = fdiv double 1.000000e+00, %39
%25 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %9
store double %24, double* %25
%26 = fneg double %24
%27 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %26, double %24, double %10)
%28 = add nuw nsw i64 %9, 1
%29 = icmp eq i64 %28, %7
br i1 %29, label %12, label %8
30: ; preds = %8, %30
%31 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %40, %30 ]
%32 = phi double [ 0.000000e+00, %8 ], [ %39, %30 ]
%33 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %31
%34 = load double, double* %33
%35 = load double, double* %11
%36 = fsub double %34, %35
%37 = tail call i64 @exp(double %36)
%38 = sitofp i64 %37 to double
%39 = fadd double %32, %38
%40 = add nuw nsw i64 %31, 1
%41 = icmp eq i64 %40, %7
br i1 %41, label %23, label %30
42: ; preds = %54, %17
%43 = phi i64 [ 0, %17 ], [ %72, %54 ]
%44 = icmp eq i64 %19, 0
br i1 %44, label %53, label %45
45: ; preds = %42
%46 = icmp eq i64 %43, %18
%47 = uitofp i1 %46 to double
%48 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %43
%49 = load double, double* %48
%50 = fsub double %47, %49
%51 = fsub double %50, %16
%52 = fmul double %49, %51
store double %52, double* %48
br label %53
53: ; preds = %45, %42, %4, %12
ret void
54: ; preds = %54, %21
%55 = phi i64 [ 0, %21 ], [ %72, %54 ]
%56 = phi i64 [ 0, %21 ], [ %73, %54 ]
%57 = icmp eq i64 %55, %18
%58 = uitofp i1 %57 to double
%59 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %55
%60 = load double, double* %59
%61 = fsub double %58, %60
%62 = fsub double %61, %16
%63 = fmul double %60, %62
store double %63, double* %59
%64 = or i64 %55, 1
%65 = icmp eq i64 %64, %18
%66 = uitofp i1 %65 to double
%67 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %64
%68 = load double, double* %67
%69 = fsub double %66, %68
%70 = fsub double %69, %16
%71 = fmul double %68, %70
store double %71, double* %67
%72 = add nuw nsw i64 %55, 2
%73 = add i64 %56, 2
%74 = icmp eq i64 %73, %22
br i1 %74, label %42, label %54
}