int F(int x) {
  if (x < 3) {
    return x;
  } else {
    if (x % 3 == 0) {
      return F(x / 3) * 2;
    }
    if (x % 3 == 1) {
      return F((x - 1) / 3) + 1;
    }
    if (x % 3 == 2) {
      return F((x - 2) / 3) + 2;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<F>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x10,%rsp
mov    %edi,-0x8(%rbp)
cmpl   $0x3,-0x8(%rbp)
jge    1130 <F+0x20>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11ce <F+0xbe>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x0,%edx
jne    1161 <F+0x51>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,%edi
call   1030 <F@plt>
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11ce <F+0xbe>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x1,%edx
jne    1195 <F+0x85>
mov    -0x8(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,%edi
call   1030 <F@plt>
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11ce <F+0xbe>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x2,%edx
jne    11c9 <F+0xb9>
mov    -0x8(%rbp),%eax
sub    $0x2,%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,%edi
call   1030 <F@plt>
add    $0x2,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11ce <F+0xbe>
jmp    11ce <F+0xbe>
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x10,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<F>:
push   %rbx
xor    %ebx,%ebx
cmp    $0x3,%edi
jge    111e <F+0xe>
mov    %edi,%eax
add    %eax,%ebx
jmp    118e <F+0x7e>
xor    %ebx,%ebx
mov    $0xaaaaaaab,%ecx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
mov    %edi,%eax
imul   %rcx,%rax
shr    $0x21,%rax
lea    (%rax,%rax,2),%esi
mov    %edi,%edx
sub    %esi,%edx
cmp    $0x1,%edx
jne    1162 <F+0x52>
add    $0xffffffff,%edi
mov    %rdi,%rax
imul   %rcx,%rax
shr    $0x21,%rax
add    $0x1,%ebx
cmp    $0x9,%edi
mov    %eax,%edi
jae    1130 <F+0x20>
add    %eax,%ebx
jmp    118e <F+0x7e>
test   %edx,%edx
jne    1172 <F+0x62>
mov    %eax,%edi
call   1030 <F@plt>
lea    (%rbx,%rax,2),%ebx
jmp    118e <F+0x7e>
add    $0xfffffffe,%edi
mov    $0xaaaaaaab,%eax
imul   %rdi,%rax
shr    $0x21,%rax
mov    %eax,%edi
call   1030 <F@plt>
add    %eax,%ebx
add    $0x2,%ebx
mov    %ebx,%eax
pop    %rbx
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @F(i32 %0) {
%2 = alloca i32
%3 = alloca i32
store i32 %0, i32* %3
%4 = load i32, i32* %3
%5 = icmp slt i32 %4, 3
br i1 %5, label %6, label %8
6: ; preds = %1
%7 = load i32, i32* %3
store i32 %7, i32* %2
br label %38
8: ; preds = %1
%9 = load i32, i32* %3
%10 = srem i32 %9, 3
%11 = icmp eq i32 %10, 0
br i1 %11, label %12, label %17
12: ; preds = %8
%13 = load i32, i32* %3
%14 = sdiv i32 %13, 3
%15 = call i32 @F(i32 %14)
%16 = mul nsw i32 %15, 2
store i32 %16, i32* %2
br label %38
17: ; preds = %8
%18 = load i32, i32* %3
%19 = srem i32 %18, 3
%20 = icmp eq i32 %19, 1
br i1 %20, label %21, label %27
21: ; preds = %17
%22 = load i32, i32* %3
%23 = sub nsw i32 %22, 1
%24 = sdiv i32 %23, 3
%25 = call i32 @F(i32 %24)
%26 = add nsw i32 %25, 1
store i32 %26, i32* %2
br label %38
27: ; preds = %17
%28 = load i32, i32* %3
%29 = srem i32 %28, 3
%30 = icmp eq i32 %29, 2
br i1 %30, label %31, label %37
31: ; preds = %27
%32 = load i32, i32* %3
%33 = sub nsw i32 %32, 2
%34 = sdiv i32 %33, 3
%35 = call i32 @F(i32 %34)
%36 = add nsw i32 %35, 2
store i32 %36, i32* %2
br label %38
37: ; preds = %27
br label %38
38: ; preds = %6, %12, %21, %31, %37
%39 = load i32, i32* %2
ret i32 %39
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @F(i32 %0) {
%2 = icmp slt i32 %0, 3
br i1 %2, label %25, label %3
3: ; preds = %1, %14
%4 = phi i32 [ %16, %14 ], [ %0, %1 ]
%5 = phi i32 [ %17, %14 ], [ 0, %1 ]
%6 = urem i32 %4, 3
%7 = udiv i32 %4, 3
switch i32 %6, label %19 [
i32 0, label %10
i32 1, label %14
]
8: ; preds = %25, %19, %10
%9 = phi i32 [ %13, %10 ], [ %24, %19 ], [ %28, %25 ]
ret i32 %9
10: ; preds = %3
%11 = tail call i32 @F(i32 %7)
%12 = shl nsw i32 %11, 1
%13 = add nsw i32 %12, %5
br label %8
14: ; preds = %3
%15 = add nsw i32 %4, -1
%16 = udiv i32 %15, 3
%17 = add nuw nsw i32 %5, 1
%18 = icmp ult i32 %15, 9
br i1 %18, label %25, label %3
19: ; preds = %3
%20 = add nsw i32 %4, -2
%21 = udiv i32 %20, 3
%22 = tail call i32 @F(i32 %21)
%23 = add nuw i32 %5, 2
%24 = add i32 %23, %22
br label %8
25: ; preds = %14, %1
%26 = phi i32 [ 0, %1 ], [ %17, %14 ]
%27 = phi i32 [ %0, %1 ], [ %16, %14 ]
%28 = add nsw i32 %27, %26
br label %8
}