float *matrix_multiply_vector(const float matrix[4 * 4], float vector[4]) {
  float tmp[4];
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 4; i++)
    tmp[i] = vector[i];
  for (i = 0; i < 4; i++)
    vector[i] = matrix[i + 0 * 4] * tmp[0] + matrix[i + 1 * 4] * tmp[1] +
                matrix[i + 2 * 4] * tmp[2] + matrix[i + 3 * 4] * tmp[3];
  return vector;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_multiply_vector>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x24(%rbp)
jge    1149 <matrix_multiply_vector+0x49>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
movslq -0x24(%rbp),%rax
movss  %xmm0,-0x20(%rbp,%rax,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    111a <matrix_multiply_vector+0x1a>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x24(%rbp)
jge    11e9 <matrix_multiply_vector+0xe9>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    $0x0,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    $0x4,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    $0x8,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
movss  -0x18(%rbp),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    $0xc,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
movss  -0x14(%rbp),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movss  %xmm0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1150 <matrix_multiply_vector+0x50>
mov    -0x10(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_multiply_vector>:
mov    %rsi,%rax
movss  (%rsi),%xmm2
movss  0x4(%rsi),%xmm3
movss  0x8(%rsi),%xmm0
movss  0xc(%rsi),%xmm1
movss  0x10(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm3,%xmm4
movss  (%rdi),%xmm5
mulss  %xmm2,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  0x20(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm0,%xmm4
addss  %xmm5,%xmm4
movss  0x30(%rdi),%xmm5
mulss  %xmm1,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  %xmm5,(%rsi)
movss  0x14(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm3,%xmm4
movss  0x4(%rdi),%xmm5
mulss  %xmm2,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  0x24(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm0,%xmm4
addss  %xmm5,%xmm4
movss  0x34(%rdi),%xmm5
mulss  %xmm1,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  %xmm5,0x4(%rsi)
movss  0x18(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm3,%xmm4
movss  0x8(%rdi),%xmm5
mulss  %xmm2,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  0x28(%rdi),%xmm4
mulss  %xmm0,%xmm4
addss  %xmm5,%xmm4
movss  0x38(%rdi),%xmm5
mulss  %xmm1,%xmm5
addss  %xmm4,%xmm5
movss  %xmm5,0x8(%rsi)
mulss  0x1c(%rdi),%xmm3
mulss  0xc(%rdi),%xmm2
addss  %xmm3,%xmm2
mulss  0x2c(%rdi),%xmm0
addss  %xmm2,%xmm0
mulss  0x3c(%rdi),%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,0xc(%rsi)
ret

LLVM IR (-O0):
define float* @matrix_multiply_vector(float* %0, float* %1) {
%3 = alloca float*
%4 = alloca float*
%5 = alloca [4 x float]
%6 = alloca i32
store float* %0, float** %3
store float* %1, float** %4
store i32 0, i32* %6
store i32 0, i32* %6
br label %7
7: ; preds = %19, %2
%8 = load i32, i32* %6
%9 = icmp slt i32 %8, 4
br i1 %9, label %10, label %22
10: ; preds = %7
%11 = load float*, float** %4
%12 = load i32, i32* %6
%13 = sext i32 %12 to i64
%14 = getelementptr inbounds float, float* %11, i64 %13
%15 = load float, float* %14
%16 = load i32, i32* %6
%17 = sext i32 %16 to i64
%18 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %5, i64 0, i64 %17
store float %15, float* %18
br label %19
19: ; preds = %10
%20 = load i32, i32* %6
%21 = add nsw i32 %20, 1
store i32 %21, i32* %6
br label %7
22: ; preds = %7
store i32 0, i32* %6
br label %23
23: ; preds = %67, %22
%24 = load i32, i32* %6
%25 = icmp slt i32 %24, 4
br i1 %25, label %26, label %70
26: ; preds = %23
%27 = load float*, float** %3
%28 = load i32, i32* %6
%29 = add nsw i32 %28, 0
%30 = sext i32 %29 to i64
%31 = getelementptr inbounds float, float* %27, i64 %30
%32 = load float, float* %31
%33 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %5, i64 0, i64 0
%34 = load float, float* %33
%35 = load float*, float** %3
%36 = load i32, i32* %6
%37 = add nsw i32 %36, 4
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds float, float* %35, i64 %38
%40 = load float, float* %39
%41 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %5, i64 0, i64 1
%42 = load float, float* %41
%43 = fmul float %40, %42
%44 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %32, float %34, float %43)
%45 = load float*, float** %3
%46 = load i32, i32* %6
%47 = add nsw i32 %46, 8
%48 = sext i32 %47 to i64
%49 = getelementptr inbounds float, float* %45, i64 %48
%50 = load float, float* %49
%51 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %5, i64 0, i64 2
%52 = load float, float* %51
%53 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %50, float %52, float %44)
%54 = load float*, float** %3
%55 = load i32, i32* %6
%56 = add nsw i32 %55, 12
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds float, float* %54, i64 %57
%59 = load float, float* %58
%60 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %5, i64 0, i64 3
%61 = load float, float* %60
%62 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %59, float %61, float %53)
%63 = load float*, float** %4
%64 = load i32, i32* %6
%65 = sext i32 %64 to i64
%66 = getelementptr inbounds float, float* %63, i64 %65
store float %62, float* %66
br label %67
67: ; preds = %26
%68 = load i32, i32* %6
%69 = add nsw i32 %68, 1
store i32 %69, i32* %6
br label %23
70: ; preds = %23
%71 = load float*, float** %4
ret float* %71
}

LLVM IR (-O2):
define float* @matrix_multiply_vector(float* nocapture %0, float* returned %1) {
%3 = load float, float* %1
%4 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 1
%5 = load float, float* %4
%6 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 2
%7 = load float, float* %6
%8 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 3
%9 = load float, float* %8
%10 = load float, float* %0
%11 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 4
%12 = load float, float* %11
%13 = fmul float %12, %5
%14 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %10, float %3, float %13)
%15 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 8
%16 = load float, float* %15
%17 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %16, float %7, float %14)
%18 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 12
%19 = load float, float* %18
%20 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %19, float %9, float %17)
store float %20, float* %1
%21 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 1
%22 = load float, float* %21
%23 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 5
%24 = load float, float* %23
%25 = fmul float %24, %5
%26 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %22, float %3, float %25)
%27 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 9
%28 = load float, float* %27
%29 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %28, float %7, float %26)
%30 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 13
%31 = load float, float* %30
%32 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %31, float %9, float %29)
store float %32, float* %4
%33 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 2
%34 = load float, float* %33
%35 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 6
%36 = load float, float* %35
%37 = fmul float %36, %5
%38 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %34, float %3, float %37)
%39 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 10
%40 = load float, float* %39
%41 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %40, float %7, float %38)
%42 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 14
%43 = load float, float* %42
%44 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %43, float %9, float %41)
store float %44, float* %6
%45 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 3
%46 = load float, float* %45
%47 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 7
%48 = load float, float* %47
%49 = fmul float %48, %5
%50 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %46, float %3, float %49)
%51 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 11
%52 = load float, float* %51
%53 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %52, float %7, float %50)
%54 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 15
%55 = load float, float* %54
%56 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %55, float %9, float %53)
store float %56, float* %8
ret float* %1
}