void add_orbitals_to_dmat(double *orbitals, double *dmat, int num_orbitals,
                          int num_dof) {
  int i, j, k, o;
  double *orbital;
  orbital = orbitals;
  for (o = 0; o < num_orbitals; o++) {
    k = 0;
    for (i = 0; i < num_dof; i++) {
      for (j = 0; j <= i; j++) {
        dmat[k] += orbital[i] * orbital[j];
        k++;
      }
    }
    orbital += num_dof;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<add_orbitals_to_dmat>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    11db <add_orbitals_to_dmat+0xdb>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    11b8 <add_orbitals_to_dmat+0xb8>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jg     11a5 <add_orbitals_to_dmat+0xa5>
mov    -0x30(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x30(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    114e <add_orbitals_to_dmat+0x4e>
jmp    11aa <add_orbitals_to_dmat+0xaa>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    113b <add_orbitals_to_dmat+0x3b>
mov    -0x18(%rbp),%ecx
mov    -0x30(%rbp),%rax
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1121 <add_orbitals_to_dmat+0x21>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<add_orbitals_to_dmat>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %ecx,-0x2c(%rsp)
mov    %edx,-0x1c(%rsp)
test   %edx,%edx
jle    1323 <add_orbitals_to_dmat+0x223>
movslq -0x2c(%rsp),%rax
mov    %eax,%r12d
mov    %rax,-0x18(%rsp)
lea    0x0(,%rax,8),%rax
mov    %rax,-0x10(%rsp)
lea    0x10(%rsi),%rax
mov    %rax,-0x8(%rsp)
xor    %eax,%eax
mov    %rax,-0x28(%rsp)
mov    %rdi,%rbx
jmp    116d <add_orbitals_to_dmat+0x6d>
nopl   0x0(%rax)
add    -0x10(%rsp),%rbx
mov    -0x28(%rsp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x28(%rsp)
cmp    -0x1c(%rsp),%eax
je     1323 <add_orbitals_to_dmat+0x223>
cmpl   $0x0,-0x2c(%rsp)
jle    1150 <add_orbitals_to_dmat+0x50>
mov    -0x28(%rsp),%r14
imul   -0x18(%rsp),%r14
lea    0x1(%r14),%r15
mov    $0x1,%r10d
xor    %r11d,%r11d
xor    %ebp,%ebp
jmp    1199 <add_orbitals_to_dmat+0x99>
add    $0x1,%r10
cmp    %r12,%r11
je     1150 <add_orbitals_to_dmat+0x50>
mov    %r11,%r13
add    $0x1,%r11
movslq %ebp,%rbp
cmp    $0x3,%r13
jb     1290 <add_orbitals_to_dmat+0x190>
lea    (%r15,%r13,1),%rax
lea    (%rdi,%rax,8),%rax
lea    (%r14,%r13,1),%rcx
lea    (%rdi,%rcx,8),%r8
lea    (%rsi,%r13,8),%rdx
lea    (%rsi,%rbp,8),%rcx
lea    (%rdx,%rbp,8),%rdx
add    $0x8,%rdx
cmp    %rax,%rcx
setb   %al
cmp    %rdx,%rbx
setb   %cl
cmp    %rdx,%r8
setb   %dl
test   %cl,%al
jne    1290 <add_orbitals_to_dmat+0x190>
and    %dl,%al
jne    1311 <add_orbitals_to_dmat+0x211>
mov    %r10,%rax
and    $0xfffffffffffffffc,%rax
mov    %r11,%r9
and    $0xfffffffffffffffc,%r9
movsd  (%rbx,%r13,8),%xmm0
unpcklpd %xmm0,%xmm0
mov    -0x8(%rsp),%rcx
lea    (%rcx,%rbp,8),%rdx
add    %r9,%rbp
xor    %ecx,%ecx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
movupd (%rbx,%rcx,8),%xmm1
movupd 0x10(%rbx,%rcx,8),%xmm2
movupd -0x10(%rdx,%rcx,8),%xmm3
movupd (%rdx,%rcx,8),%xmm4
mulpd  %xmm0,%xmm1
addpd  %xmm3,%xmm1
mulpd  %xmm0,%xmm2
addpd  %xmm4,%xmm2
movupd %xmm1,-0x10(%rdx,%rcx,8)
movupd %xmm2,(%rdx,%rcx,8)
add    $0x4,%rcx
cmp    %rcx,%rax
jne    1220 <add_orbitals_to_dmat+0x120>
cmp    %r9,%r11
je     1190 <add_orbitals_to_dmat+0x90>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
test   $0x1,%r10b
jne    1299 <add_orbitals_to_dmat+0x199>
mov    %r9,%r8
cmp    %r9,%r13
je     1190 <add_orbitals_to_dmat+0x90>
jmp    12d0 <add_orbitals_to_dmat+0x1d0>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
xor    %r9d,%r9d
test   $0x1,%r10b
je     1276 <add_orbitals_to_dmat+0x176>
movsd  (%rbx,%r13,8),%xmm0
mulsd  (%rbx,%r9,8),%xmm0
addsd  (%rsi,%rbp,8),%xmm0
movsd  %xmm0,(%rsi,%rbp,8)
add    $0x1,%rbp
mov    %r9,%r8
or     $0x1,%r8
cmp    %r9,%r13
je     1190 <add_orbitals_to_dmat+0x90>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
movsd  (%rbx,%r13,8),%xmm0
mulsd  (%rbx,%r8,8),%xmm0
addsd  (%rsi,%rbp,8),%xmm0
movsd  %xmm0,(%rsi,%rbp,8)
movsd  (%rbx,%r13,8),%xmm0
mulsd  0x8(%rbx,%r8,8),%xmm0
addsd  0x8(%rsi,%rbp,8),%xmm0
movsd  %xmm0,0x8(%rsi,%rbp,8)
add    $0x2,%rbp
add    $0x2,%r8
cmp    %r8,%r10
jne    12d0 <add_orbitals_to_dmat+0x1d0>
jmp    1190 <add_orbitals_to_dmat+0x90>
xor    %r9d,%r9d
test   $0x1,%r10b
jne    1299 <add_orbitals_to_dmat+0x199>
jmp    1276 <add_orbitals_to_dmat+0x176>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @add_orbitals_to_dmat(double* %0, double* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca double*
%6 = alloca double*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca double*
store double* %0, double** %5
store double* %1, double** %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
%14 = load double*, double** %5
store double* %14, double** %13
store i32 0, i32* %12
br label %15
15: ; preds = %60, %4
%16 = load i32, i32* %12
%17 = load i32, i32* %7
%18 = icmp slt i32 %16, %17
br i1 %18, label %19, label %63
19: ; preds = %15
store i32 0, i32* %11
store i32 0, i32* %9
br label %20
20: ; preds = %52, %19
%21 = load i32, i32* %9
%22 = load i32, i32* %8
%23 = icmp slt i32 %21, %22
br i1 %23, label %24, label %55
24: ; preds = %20
store i32 0, i32* %10
br label %25
25: ; preds = %48, %24
%26 = load i32, i32* %10
%27 = load i32, i32* %9
%28 = icmp sle i32 %26, %27
br i1 %28, label %29, label %51
29: ; preds = %25
%30 = load double*, double** %13
%31 = load i32, i32* %9
%32 = sext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds double, double* %30, i64 %32
%34 = load double, double* %33
%35 = load double*, double** %13
%36 = load i32, i32* %10
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %35, i64 %37
%39 = load double, double* %38
%40 = load double*, double** %6
%41 = load i32, i32* %11
%42 = sext i32 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds double, double* %40, i64 %42
%44 = load double, double* %43
%45 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %34, double %39, double %44)
store double %45, double* %43
%46 = load i32, i32* %11
%47 = add nsw i32 %46, 1
store i32 %47, i32* %11
br label %48
48: ; preds = %29
%49 = load i32, i32* %10
%50 = add nsw i32 %49, 1
store i32 %50, i32* %10
br label %25
51: ; preds = %25
br label %52
52: ; preds = %51
%53 = load i32, i32* %9
%54 = add nsw i32 %53, 1
store i32 %54, i32* %9
br label %20
55: ; preds = %20
%56 = load i32, i32* %8
%57 = load double*, double** %13
%58 = sext i32 %56 to i64
%59 = getelementptr inbounds double, double* %57, i64 %58
store double* %59, double** %13
br label %60
60: ; preds = %55
%61 = load i32, i32* %12
%62 = add nsw i32 %61, 1
store i32 %62, i32* %12
br label %15
63: ; preds = %15
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @add_orbitals_to_dmat(double* nocapture %0, double* nocapture %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = icmp sgt i32 %2, 0
br i1 %5, label %6, label %121
6: ; preds = %4
%7 = icmp sgt i32 %3, 0
%8 = sext i32 %3 to i64
%9 = zext i32 %3 to i64
br label %10
10: ; preds = %6, %116
%11 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %120, %116 ]
%12 = phi double* [ %0, %6 ], [ %117, %116 ]
%13 = phi i32 [ 0, %6 ], [ %118, %116 ]
%14 = mul i64 %11, %8
%15 = add i64 %14, 1
br i1 %7, label %16, label %116
16: ; preds = %10, %111
%17 = phi i64 [ %113, %111 ], [ 0, %10 ]
%18 = phi i64 [ %114, %111 ], [ 1, %10 ]
%19 = phi i64 [ %112, %111 ], [ 0, %10 ]
%20 = add nuw i64 %17, 1
%21 = add i64 %15, %17
%22 = getelementptr double, double* %0, i64 %21
%23 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %17
%24 = shl i64 %19, 32
%25 = ashr exact i64 %24, 32
%26 = icmp ult i64 %17, 3
br i1 %26, label %72, label %27
27: ; preds = %16
%28 = add i64 %14, %17
%29 = getelementptr double, double* %0, i64 %28
%30 = add nuw i64 %17, 1
%31 = getelementptr double, double* %1, i64 %30
%32 = getelementptr double, double* %1, i64 %25
%33 = getelementptr double, double* %31, i64 %25
%34 = icmp ult double* %32, %22
%35 = icmp ult double* %12, %33
%36 = and i1 %34, %35
%37 = icmp ult double* %32, %22
%38 = icmp ult double* %29, %33
%39 = and i1 %37, %38
%40 = or i1 %36, %39
br i1 %40, label %72, label %41
41: ; preds = %27
%42 = and i64 %20, -4
%43 = add i64 %25, %42
%44 = load double, double* %23
%45 = insertelement <2 x double> poison, double %44, i64 0
%46 = shufflevector <2 x double> %45, <2 x double> poison, <2 x i32> zeroinitializer
%47 = insertelement <2 x double> poison, double %44, i64 0
%48 = shufflevector <2 x double> %47, <2 x double> poison, <2 x i32> zeroinitializer
br label %49
49: ; preds = %49, %41
%50 = phi i64 [ 0, %41 ], [ %68, %49 ]
%51 = add i64 %25, %50
%52 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %50
%53 = bitcast double* %52 to <2 x double>*
%54 = load <2 x double>, <2 x double>* %53
%55 = getelementptr inbounds double, double* %52, i64 2
%56 = bitcast double* %55 to <2 x double>*
%57 = load <2 x double>, <2 x double>* %56
%58 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %51
%59 = bitcast double* %58 to <2 x double>*
%60 = load <2 x double>, <2 x double>* %59
%61 = getelementptr inbounds double, double* %58, i64 2
%62 = bitcast double* %61 to <2 x double>*
%63 = load <2 x double>, <2 x double>* %62
%64 = call <2 x double> @llvm.fmuladd.v2f64(<2 x double> %46, <2 x double> %54, <2 x double> %60)
%65 = call <2 x double> @llvm.fmuladd.v2f64(<2 x double> %48, <2 x double> %57, <2 x double> %63)
%66 = bitcast double* %58 to <2 x double>*
store <2 x double> %64, <2 x double>* %66
%67 = bitcast double* %61 to <2 x double>*
store <2 x double> %65, <2 x double>* %67
%68 = add nuw i64 %50, 4
%69 = icmp eq i64 %68, %42
br i1 %69, label %70, label %49
70: ; preds = %49
%71 = icmp eq i64 %20, %42
br i1 %71, label %111, label %72
72: ; preds = %27, %16, %70
%73 = phi i64 [ 0, %27 ], [ 0, %16 ], [ %42, %70 ]
%74 = phi i64 [ %25, %27 ], [ %25, %16 ], [ %43, %70 ]
%75 = and i64 %18, 1
%76 = icmp eq i64 %75, 0
br i1 %76, label %86, label %77
77: ; preds = %72
%78 = load double, double* %23
%79 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %73
%80 = load double, double* %79
%81 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %74
%82 = load double, double* %81
%83 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %78, double %80, double %82)
store double %83, double* %81
%84 = add nsw i64 %74, 1
%85 = or i64 %73, 1
br label %86
86: ; preds = %77, %72
%87 = phi i64 [ undef, %72 ], [ %84, %77 ]
%88 = phi i64 [ %73, %72 ], [ %85, %77 ]
%89 = phi i64 [ %74, %72 ], [ %84, %77 ]
%90 = icmp eq i64 %17, %73
br i1 %90, label %111, label %91
91: ; preds = %86, %91
%92 = phi i64 [ %109, %91 ], [ %88, %86 ]
%93 = phi i64 [ %108, %91 ], [ %89, %86 ]
%94 = load double, double* %23
%95 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %92
%96 = load double, double* %95
%97 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %93
%98 = load double, double* %97
%99 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %94, double %96, double %98)
store double %99, double* %97
%100 = add nsw i64 %93, 1
%101 = add nuw nsw i64 %92, 1
%102 = load double, double* %23
%103 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %101
%104 = load double, double* %103
%105 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %100
%106 = load double, double* %105
%107 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %102, double %104, double %106)
store double %107, double* %105
%108 = add nsw i64 %93, 2
%109 = add nuw nsw i64 %92, 2
%110 = icmp eq i64 %109, %18
br i1 %110, label %111, label %91
111: ; preds = %86, %91, %70
%112 = phi i64 [ %43, %70 ], [ %87, %86 ], [ %108, %91 ]
%113 = add nuw nsw i64 %17, 1
%114 = add nuw nsw i64 %18, 1
%115 = icmp eq i64 %113, %9
br i1 %115, label %116, label %16
116: ; preds = %111, %10
%117 = getelementptr inbounds double, double* %12, i64 %8
%118 = add nuw nsw i32 %13, 1
%119 = icmp eq i32 %118, %2
%120 = add i64 %11, 1
br i1 %119, label %121, label %10
121: ; preds = %116, %4
ret void
}