int validate_and_optimize(char *program, int len) {
  int i, has_io = 0, nesting_level = 0;
  for (i = 0; i < len; i++) {
    if (program[i] == '[') {
      if ((i < len - 1) && program[i + 1] == ']')
        return 0;
      nesting_level++;
      continue;
    }
    if (program[i] == ']') {
      nesting_level--;
      if (nesting_level < 0) {
        return 0;
      }
      continue;
    }
    if (program[i] == '.') {
      has_io = 1;
      continue;
    }
    if (i < len - 1) {
      switch (program[i]) {
      case '+':
        if (program[i + 1] == '-')
          return 0;
        break;
      case '-':
        if (program[i + 1] == '+')
          return 0;
        break;
      case '<':
        if (program[i + 1] == '>')
          return 0;
        break;
      case '>':
        if (program[i + 1] == '<')
          return 0;
        break;
      default:;
      }
    }
  }
  if (!has_io || nesting_level)
    return 0;
  return 1;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<validate_and_optimize>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %esi,-0x14(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    12ec <validate_and_optimize+0x1ec>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5b,%eax
jne    1186 <validate_and_optimize+0x86>
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    1178 <validate_and_optimize+0x78>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5d,%eax
jne    1178 <validate_and_optimize+0x78>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    12de <validate_and_optimize+0x1de>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5d,%eax
jne    11bf <validate_and_optimize+0xbf>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x20(%rbp)
jge    11ba <validate_and_optimize+0xba>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
jmp    12de <validate_and_optimize+0x1de>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2e,%eax
jne    11e0 <validate_and_optimize+0xe0>
movl   $0x1,-0x1c(%rbp)
jmp    12de <validate_and_optimize+0x1de>
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    12d9 <validate_and_optimize+0x1d9>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
add    $0xffffffd5,%eax
mov    %eax,%ecx
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
sub    $0x13,%eax
ja     12cf <validate_and_optimize+0x1cf>
mov    -0x28(%rbp),%rax
lea    0xde6(%rip),%rcx
movslq (%rcx,%rax,4),%rax
add    %rcx,%rax
jmp    *%rax
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2d,%eax
jne    1249 <validate_and_optimize+0x149>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
jmp    12d4 <validate_and_optimize+0x1d4>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2b,%eax
jne    1274 <validate_and_optimize+0x174>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
jmp    12d4 <validate_and_optimize+0x1d4>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x3e,%eax
jne    129f <validate_and_optimize+0x19f>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
jmp    12d4 <validate_and_optimize+0x1d4>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x3c,%eax
jne    12ca <validate_and_optimize+0x1ca>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
jmp    12d4 <validate_and_optimize+0x1d4>
jmp    12d4 <validate_and_optimize+0x1d4>
jmp    12d9 <validate_and_optimize+0x1d9>
jmp    12de <validate_and_optimize+0x1de>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1120 <validate_and_optimize+0x20>
cmpl   $0x0,-0x1c(%rbp)
je     1300 <validate_and_optimize+0x200>
cmpl   $0x0,-0x20(%rbp)
je     130c <validate_and_optimize+0x20c>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    1313 <validate_and_optimize+0x213>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<validate_and_optimize>:
test   %esi,%esi
jle    11af <validate_and_optimize+0xaf>
lea    -0x1(%rsi),%r10d
mov    %esi,%edx
xor    %esi,%esi
lea    0xee9(%rip),%r9
xor    %ecx,%ecx
xor    %r8d,%r8d
jmp    1133 <validate_and_optimize+0x33>
xchg   %ax,%ax
mov    $0x1,%r8d
add    $0x1,%rsi
cmp    %rsi,%rdx
je     11b4 <validate_and_optimize+0xb4>
movsbl (%rdi,%rsi,1),%eax
cmp    $0x2e,%eax
je     1120 <validate_and_optimize+0x20>
cmp    $0x5d,%al
je     1160 <validate_and_optimize+0x60>
cmp    $0x5b,%al
jne    1170 <validate_and_optimize+0x70>
cmp    %r10,%rsi
jae    1150 <validate_and_optimize+0x50>
cmpb   $0x5d,0x1(%rdi,%rsi,1)
je     11ac <validate_and_optimize+0xac>
add    $0x1,%ecx
jmp    1126 <validate_and_optimize+0x26>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
test   %ecx,%ecx
jle    11ac <validate_and_optimize+0xac>
add    $0xffffffff,%ecx
jmp    1126 <validate_and_optimize+0x26>
nopl   0x0(%rax)
cmp    %r10,%rsi
jae    1126 <validate_and_optimize+0x26>
add    $0xffffffd5,%eax
cmp    $0x13,%eax
ja     1126 <validate_and_optimize+0x26>
movslq (%r9,%rax,4),%rax
add    %r9,%rax
jmp    *%rax
cmpb   $0x2d,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1126 <validate_and_optimize+0x26>
jmp    11ac <validate_and_optimize+0xac>
cmpb   $0x2b,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1126 <validate_and_optimize+0x26>
jmp    11ac <validate_and_optimize+0xac>
cmpb   $0x3e,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1126 <validate_and_optimize+0x26>
jmp    11ac <validate_and_optimize+0xac>
cmpb   $0x3c,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1126 <validate_and_optimize+0x26>
xor    %eax,%eax
ret
xor    %r8d,%r8d
xor    %ecx,%ecx
test   %r8d,%r8d
setne  %al
test   %ecx,%ecx
sete   %cl
and    %al,%cl
movzbl %cl,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @validate_and_optimize(i8* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i8*
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
store i8* %0, i8** %4
store i32 %1, i32* %5
store i32 0, i32* %7
store i32 0, i32* %8
store i32 0, i32* %6
br label %9
9: ; preds = %122, %2
%10 = load i32, i32* %6
%11 = load i32, i32* %5
%12 = icmp slt i32 %10, %11
br i1 %12, label %13, label %125
13: ; preds = %9
%14 = load i8*, i8** %4
%15 = load i32, i32* %6
%16 = sext i32 %15 to i64
%17 = getelementptr inbounds i8, i8* %14, i64 %16
%18 = load i8, i8* %17
%19 = sext i8 %18 to i32
%20 = icmp eq i32 %19, 91
br i1 %20, label %21, label %39
21: ; preds = %13
%22 = load i32, i32* %6
%23 = load i32, i32* %5
%24 = sub nsw i32 %23, 1
%25 = icmp slt i32 %22, %24
br i1 %25, label %26, label %36
26: ; preds = %21
%27 = load i8*, i8** %4
%28 = load i32, i32* %6
%29 = add nsw i32 %28, 1
%30 = sext i32 %29 to i64
%31 = getelementptr inbounds i8, i8* %27, i64 %30
%32 = load i8, i8* %31
%33 = sext i8 %32 to i32
%34 = icmp eq i32 %33, 93
br i1 %34, label %35, label %36
35: ; preds = %26
store i32 0, i32* %3
br label %133
36: ; preds = %26, %21
%37 = load i32, i32* %8
%38 = add nsw i32 %37, 1
store i32 %38, i32* %8
br label %122
39: ; preds = %13
%40 = load i8*, i8** %4
%41 = load i32, i32* %6
%42 = sext i32 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds i8, i8* %40, i64 %42
%44 = load i8, i8* %43
%45 = sext i8 %44 to i32
%46 = icmp eq i32 %45, 93
br i1 %46, label %47, label %54
47: ; preds = %39
%48 = load i32, i32* %8
%49 = add nsw i32 %48, -1
store i32 %49, i32* %8
%50 = load i32, i32* %8
%51 = icmp slt i32 %50, 0
br i1 %51, label %52, label %53
52: ; preds = %47
store i32 0, i32* %3
br label %133
53: ; preds = %47
br label %122
54: ; preds = %39
%55 = load i8*, i8** %4
%56 = load i32, i32* %6
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds i8, i8* %55, i64 %57
%59 = load i8, i8* %58
%60 = sext i8 %59 to i32
%61 = icmp eq i32 %60, 46
br i1 %61, label %62, label %63
62: ; preds = %54
store i32 1, i32* %7
br label %122
63: ; preds = %54
%64 = load i32, i32* %6
%65 = load i32, i32* %5
%66 = sub nsw i32 %65, 1
%67 = icmp slt i32 %64, %66
br i1 %67, label %68, label %121
68: ; preds = %63
%69 = load i8*, i8** %4
%70 = load i32, i32* %6
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds i8, i8* %69, i64 %71
%73 = load i8, i8* %72
%74 = sext i8 %73 to i32
switch i32 %74, label %119 [
i32 43, label %75
i32 45, label %86
i32 60, label %97
i32 62, label %108
]
75: ; preds = %68
%76 = load i8*, i8** %4
%77 = load i32, i32* %6
%78 = add nsw i32 %77, 1
%79 = sext i32 %78 to i64
%80 = getelementptr inbounds i8, i8* %76, i64 %79
%81 = load i8, i8* %80
%82 = sext i8 %81 to i32
%83 = icmp eq i32 %82, 45
br i1 %83, label %84, label %85
84: ; preds = %75
store i32 0, i32* %3
br label %133
85: ; preds = %75
br label %120
86: ; preds = %68
%87 = load i8*, i8** %4
%88 = load i32, i32* %6
%89 = add nsw i32 %88, 1
%90 = sext i32 %89 to i64
%91 = getelementptr inbounds i8, i8* %87, i64 %90
%92 = load i8, i8* %91
%93 = sext i8 %92 to i32
%94 = icmp eq i32 %93, 43
br i1 %94, label %95, label %96
95: ; preds = %86
store i32 0, i32* %3
br label %133
96: ; preds = %86
br label %120
97: ; preds = %68
%98 = load i8*, i8** %4
%99 = load i32, i32* %6
%100 = add nsw i32 %99, 1
%101 = sext i32 %100 to i64
%102 = getelementptr inbounds i8, i8* %98, i64 %101
%103 = load i8, i8* %102
%104 = sext i8 %103 to i32
%105 = icmp eq i32 %104, 62
br i1 %105, label %106, label %107
106: ; preds = %97
store i32 0, i32* %3
br label %133
107: ; preds = %97
br label %120
108: ; preds = %68
%109 = load i8*, i8** %4
%110 = load i32, i32* %6
%111 = add nsw i32 %110, 1
%112 = sext i32 %111 to i64
%113 = getelementptr inbounds i8, i8* %109, i64 %112
%114 = load i8, i8* %113
%115 = sext i8 %114 to i32
%116 = icmp eq i32 %115, 60
br i1 %116, label %117, label %118
117: ; preds = %108
store i32 0, i32* %3
br label %133
118: ; preds = %108
br label %120
119: ; preds = %68
br label %120
120: ; preds = %119, %118, %107, %96, %85
br label %121
121: ; preds = %120, %63
br label %122
122: ; preds = %121, %62, %53, %36
%123 = load i32, i32* %6
%124 = add nsw i32 %123, 1
store i32 %124, i32* %6
br label %9
125: ; preds = %9
%126 = load i32, i32* %7
%127 = icmp ne i32 %126, 0
br i1 %127, label %128, label %131
128: ; preds = %125
%129 = load i32, i32* %8
%130 = icmp ne i32 %129, 0
br i1 %130, label %131, label %132
131: ; preds = %128, %125
store i32 0, i32* %3
br label %133
132: ; preds = %128
store i32 1, i32* %3
br label %133
133: ; preds = %132, %131, %117, %106, %95, %84, %52, %35
%134 = load i32, i32* %3
ret i32 %134
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @validate_and_optimize(i8* nocapture %0, i32 %1) {
%3 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %3, label %4, label %55
4: ; preds = %2
%5 = add nsw i32 %1, -1
%6 = zext i32 %5 to i64
%7 = zext i32 %1 to i64
br label %8
8: ; preds = %4, %50
%9 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %53, %50 ]
%10 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %52, %50 ]
%11 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %51, %50 ]
%12 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %9
%13 = load i8, i8* %12
%14 = sext i8 %13 to i32
switch i8 %13, label %27 [
i8 91, label %15
i8 93, label %24
i8 46, label %50
]
15: ; preds = %8
%16 = icmp ult i64 %9, %6
br i1 %16, label %17, label %22
17: ; preds = %15
%18 = add nuw nsw i64 %9, 1
%19 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %18
%20 = load i8, i8* %19
%21 = icmp eq i8 %20, 93
br i1 %21, label %62, label %22
22: ; preds = %17, %15
%23 = add nsw i32 %10, 1
br label %50
24: ; preds = %8
%25 = add nsw i32 %10, -1
%26 = icmp slt i32 %10, 1
br i1 %26, label %62, label %50
27: ; preds = %8
%28 = icmp ult i64 %9, %6
br i1 %28, label %29, label %50
29: ; preds = %27
switch i32 %14, label %50 [
i32 43, label %30
i32 45, label %35
i32 60, label %40
i32 62, label %45
]
30: ; preds = %29
%31 = add nuw nsw i64 %9, 1
%32 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %31
%33 = load i8, i8* %32
%34 = icmp eq i8 %33, 45
br i1 %34, label %62, label %50
35: ; preds = %29
%36 = add nuw nsw i64 %9, 1
%37 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %36
%38 = load i8, i8* %37
%39 = icmp eq i8 %38, 43
br i1 %39, label %62, label %50
40: ; preds = %29
%41 = add nuw nsw i64 %9, 1
%42 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %41
%43 = load i8, i8* %42
%44 = icmp eq i8 %43, 62
br i1 %44, label %62, label %50
45: ; preds = %29
%46 = add nuw nsw i64 %9, 1
%47 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %46
%48 = load i8, i8* %47
%49 = icmp eq i8 %48, 60
br i1 %49, label %62, label %50
50: ; preds = %8, %27, %29, %45, %40, %35, %30, %24, %22
%51 = phi i32 [ %11, %22 ], [ %11, %24 ], [ %11, %29 ], [ %11, %45 ], [ %11, %40 ], [ %11, %35 ], [ %11, %30 ], [ %11, %27 ], [ 1, %8 ]
%52 = phi i32 [ %23, %22 ], [ %25, %24 ], [ %10, %29 ], [ %10, %45 ], [ %10, %40 ], [ %10, %35 ], [ %10, %30 ], [ %10, %27 ], [ %10, %8 ]
%53 = add nuw nsw i64 %9, 1
%54 = icmp eq i64 %53, %7
br i1 %54, label %55, label %8
55: ; preds = %50, %2
%56 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %51, %50 ]
%57 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %52, %50 ]
%58 = icmp ne i32 %56, 0
%59 = icmp eq i32 %57, 0
%60 = select i1 %58, i1 %59, i1 false
%61 = zext i1 %60 to i32
br label %62
62: ; preds = %45, %40, %35, %30, %24, %17, %55
%63 = phi i32 [ %61, %55 ], [ 0, %17 ], [ 0, %24 ], [ 0, %30 ], [ 0, %35 ], [ 0, %40 ], [ 0, %45 ]
ret i32 %63
}