long mod_pow(long num, long pow, long mod) {
  if (num == 0)
    return 0;
  else if (pow == 0)
    return 1;
  long result = 1;
  long power_mask = 1;
  while (power_mask < pow)
    power_mask <<= 1;
  while (power_mask > 0) {
    result = (result * result) % mod;
    if (power_mask & pow)
      result = (result * num) % mod;
    power_mask >>= 1;
  }
  return result;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<mod_pow>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %rsi,-0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x20(%rbp)
cmpq   $0x0,-0x10(%rbp)
jne    1128 <mod_pow+0x28>
movq   $0x0,-0x8(%rbp)
jmp    11d5 <mod_pow+0xd5>
cmpq   $0x0,-0x18(%rbp)
jne    1140 <mod_pow+0x40>
movq   $0x1,-0x8(%rbp)
jmp    11d5 <mod_pow+0xd5>
jmp    1145 <mod_pow+0x45>
movq   $0x1,-0x28(%rbp)
movq   $0x1,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
cmp    -0x18(%rbp),%rax
jge    1174 <mod_pow+0x74>
mov    -0x30(%rbp),%rax
shl    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
jmp    1155 <mod_pow+0x55>
jmp    1179 <mod_pow+0x79>
cmpq   $0x0,-0x30(%rbp)
jle    11cd <mod_pow+0xcd>
mov    -0x28(%rbp),%rax
imul   -0x28(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x20(%rbp)
mov    %rdx,-0x28(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
and    -0x18(%rbp),%rax
cmp    $0x0,%rax
je     11bc <mod_pow+0xbc>
mov    -0x28(%rbp),%rax
imul   -0x10(%rbp),%rax
cqto
idivq  -0x20(%rbp)
mov    %rdx,-0x28(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
sar    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
jmp    1179 <mod_pow+0x79>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<mod_pow>:
test   %rdi,%rdi
je     11a5 <mod_pow+0xa5>
test   %rsi,%rsi
je     11a8 <mod_pow+0xa8>
mov    %rdx,%r8
mov    $0x1,%eax
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %rax,%rcx
add    %rax,%rax
cmp    %rsi,%rcx
jl     1120 <mod_pow+0x20>
mov    $0x1,%eax
test   %rcx,%rcx
jg     1157 <mod_pow+0x57>
ret
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
cqto
idiv   %r8
mov    %rdx,%rax
mov    %rcx,%rdx
shr    %rdx
cmp    $0x1,%rcx
mov    %rdx,%rcx
jbe    1135 <mod_pow+0x35>
imul   %rax,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %r8,%rdx
shr    $0x20,%rdx
je     1180 <mod_pow+0x80>
cqto
idiv   %r8
mov    %rdx,%rax
test   %rsi,%rcx
jne    118c <mod_pow+0x8c>
jmp    1148 <mod_pow+0x48>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%eax
test   %rsi,%rcx
je     1148 <mod_pow+0x48>
imul   %rdi,%rax
mov    %rax,%rdx
or     %r8,%rdx
shr    $0x20,%rdx
jne    1140 <mod_pow+0x40>
xor    %edx,%edx
div    %r8d
mov    %edx,%eax
jmp    1148 <mod_pow+0x48>
xor    %eax,%eax
ret
mov    $0x1,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @mod_pow(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* %5
store i64 %1, i64* %6
store i64 %2, i64* %7
%10 = load i64, i64* %5
%11 = icmp eq i64 %10, 0
br i1 %11, label %12, label %13
12: ; preds = %3
store i64 0, i64* %4
br label %51
13: ; preds = %3
%14 = load i64, i64* %6
%15 = icmp eq i64 %14, 0
br i1 %15, label %16, label %17
16: ; preds = %13
store i64 1, i64* %4
br label %51
17: ; preds = %13
br label %18
18: ; preds = %17
store i64 1, i64* %8
store i64 1, i64* %9
br label %19
19: ; preds = %23, %18
%20 = load i64, i64* %9
%21 = load i64, i64* %6
%22 = icmp slt i64 %20, %21
br i1 %22, label %23, label %26
23: ; preds = %19
%24 = load i64, i64* %9
%25 = shl i64 %24, 1
store i64 %25, i64* %9
br label %19
26: ; preds = %19
br label %27
27: ; preds = %46, %26
%28 = load i64, i64* %9
%29 = icmp sgt i64 %28, 0
br i1 %29, label %30, label %49
30: ; preds = %27
%31 = load i64, i64* %8
%32 = load i64, i64* %8
%33 = mul nsw i64 %31, %32
%34 = load i64, i64* %7
%35 = srem i64 %33, %34
store i64 %35, i64* %8
%36 = load i64, i64* %9
%37 = load i64, i64* %6
%38 = and i64 %36, %37
%39 = icmp ne i64 %38, 0
br i1 %39, label %40, label %46
40: ; preds = %30
%41 = load i64, i64* %8
%42 = load i64, i64* %5
%43 = mul nsw i64 %41, %42
%44 = load i64, i64* %7
%45 = srem i64 %43, %44
store i64 %45, i64* %8
br label %46
46: ; preds = %40, %30
%47 = load i64, i64* %9
%48 = ashr i64 %47, 1
store i64 %48, i64* %9
br label %27
49: ; preds = %27
%50 = load i64, i64* %8
store i64 %50, i64* %4
br label %51
51: ; preds = %49, %16, %12
%52 = load i64, i64* %4
ret i64 %52
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @mod_pow(i64 %0, i64 %1, i64 %2) {
%4 = icmp eq i64 %0, 0
br i1 %4, label %27, label %5
5: ; preds = %3
%6 = icmp eq i64 %1, 0
br i1 %6, label %27, label %7
7: ; preds = %5, %7
%8 = phi i64 [ %10, %7 ], [ 1, %5 ]
%9 = icmp slt i64 %8, %1
%10 = shl i64 %8, 1
br i1 %9, label %7, label %11
11: ; preds = %7
%12 = icmp sgt i64 %8, 0
br i1 %12, label %13, label %27
13: ; preds = %11, %23
%14 = phi i64 [ %25, %23 ], [ %8, %11 ]
%15 = phi i64 [ %24, %23 ], [ 1, %11 ]
%16 = mul nsw i64 %15, %15
%17 = srem i64 %16, %2
%18 = and i64 %14, %1
%19 = icmp eq i64 %18, 0
br i1 %19, label %23, label %20
20: ; preds = %13
%21 = mul nsw i64 %17, %0
%22 = srem i64 %21, %2
br label %23
23: ; preds = %20, %13
%24 = phi i64 [ %22, %20 ], [ %17, %13 ]
%25 = lshr i64 %14, 1
%26 = icmp ult i64 %14, 2
br i1 %26, label %27, label %13
27: ; preds = %23, %11, %5, %3
%28 = phi i64 [ 0, %3 ], [ 1, %5 ], [ 1, %11 ], [ %24, %23 ]
ret i64 %28
}