#define NULL ((void *)0)
typedef unsigned long size_t; // Customize by platform.
typedef long intptr_t;
typedef unsigned long uintptr_t;
typedef long scalar_t__; // Either arithmetic or pointer type.
/* By default, we understand bool (as a convenience). */
typedef int bool;
#define false 0
#define true 1

/* Forward declarations */

/* Type definitions */

/* Variables and functions */
scalar_t__ malloc(int);
long long **matrix_mul(long long **, long long **, long long, long long);
long long int **mod_pow(long long int **matrix, long long int p,
                        long long int n, long long int mod) {
  long long int **m, i, j, k;
  m = (long long int **)malloc(sizeof(long long int) * n);
  for (i = 0; i < n; i++) {
    m[i] = (long long int *)malloc(sizeof(long long int) * n);
  }
  for (i = 0; i < n; i++) {
    for (j = 0; j < n; j++) {
      if (i == j)
        m[i][j] = 1;
      else
        m[i][j] = 0;
    }
  }
  if (p == 0) {
    return m;
  } else if (p == 1) {
    matrix = matrix_mul(m, matrix, n, mod);
    return matrix;
  }
  while (p) {
    if (p & 1) {
      m = matrix_mul(m, matrix, n, mod);
    }
    p = p / 2;
    matrix = matrix_mul(matrix, matrix, n, mod);
  }
  return m;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<mod_pow>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x50,%rsp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %rsi,-0x18(%rbp)
mov    %rdx,-0x20(%rbp)
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
shl    $0x3,%rax
mov    %eax,%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x30(%rbp)
movq   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
jge    1190 <mod_pow+0x70>
mov    -0x20(%rbp),%rax
shl    $0x3,%rax
mov    %eax,%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rax,%rdx
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x38(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
jmp    1153 <mod_pow+0x33>
movq   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
jge    122b <mod_pow+0x10b>
movq   $0x0,-0x40(%rbp)
mov    -0x40(%rbp),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
jge    1215 <mod_pow+0xf5>
mov    -0x38(%rbp),%rax
cmp    -0x40(%rbp),%rax
jne    11e7 <mod_pow+0xc7>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x40(%rbp),%rcx
movq   $0x1,(%rax,%rcx,8)
jmp    11ff <mod_pow+0xdf>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x40(%rbp),%rcx
movq   $0x0,(%rax,%rcx,8)
jmp    1204 <mod_pow+0xe4>
mov    -0x40(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x40(%rbp)
jmp    11ae <mod_pow+0x8e>
jmp    121a <mod_pow+0xfa>
mov    -0x38(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
jmp    1198 <mod_pow+0x78>
cmpq   $0x0,-0x18(%rbp)
jne    1243 <mod_pow+0x123>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
jmp    12ec <mod_pow+0x1cc>
cmpq   $0x1,-0x18(%rbp)
jne    1274 <mod_pow+0x154>
mov    -0x30(%rbp),%rdi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
mov    -0x20(%rbp),%rdx
mov    -0x28(%rbp),%rcx
call   1030 <matrix_mul@plt>
mov    %rax,-0x10(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
jmp    12ec <mod_pow+0x1cc>
jmp    1279 <mod_pow+0x159>
jmp    127e <mod_pow+0x15e>
cmpq   $0x0,-0x18(%rbp)
je     12e4 <mod_pow+0x1c4>
mov    -0x18(%rbp),%rax
and    $0x1,%rax
cmp    $0x0,%rax
je     12b4 <mod_pow+0x194>
mov    -0x30(%rbp),%rdi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
mov    -0x20(%rbp),%rdx
mov    -0x28(%rbp),%rcx
call   1030 <matrix_mul@plt>
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    $0x2,%ecx
cqto
idiv   %rcx
mov    %rax,-0x18(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rdi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
mov    -0x20(%rbp),%rdx
mov    -0x28(%rbp),%rcx
call   1030 <matrix_mul@plt>
mov    %rax,-0x10(%rbp)
jmp    127e <mod_pow+0x15e>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
add    $0x50,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<mod_pow>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %rcx,%r14
mov    %rdx,%r15
mov    %rsi,%r13
mov    %rdi,%r12
lea    0x0(,%rdx,8),%ebp
mov    %ebp,%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rax,%r9
test   %r15,%r15
jle    125b <mod_pow+0x13b>
mov    %r14,(%rsp)
xor    %r14d,%r14d
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %ebp,%edi
mov    %r9,%rbx
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rbx,%r9
mov    %rax,(%rbx,%r14,8)
add    $0x1,%r14
cmp    %r14,%r15
jne    1160 <mod_pow+0x40>
test   %r15,%r15
mov    (%rsp),%r14
jle    125b <mod_pow+0x13b>
lea    -0x1(%r15),%r8
mov    %r15d,%ecx
and    $0x3,%ecx
mov    %r15,%rdx
and    $0xfffffffffffffffc,%rdx
xor    %esi,%esi
jmp    11ad <mod_pow+0x8d>
nopl   0x0(%rax)
add    $0x1,%rsi
cmp    %r15,%rsi
je     125b <mod_pow+0x13b>
cmp    $0x3,%r8
jae    11c0 <mod_pow+0xa0>
xor    %edi,%edi
jmp    1219 <mod_pow+0xf9>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%r9,%rsi,8),%rbp
xor    %edi,%edi
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xor    %eax,%eax
cmp    %rdi,%rsi
sete   %al
mov    %rax,0x0(%rbp,%rdi,8)
lea    0x1(%rdi),%rax
xor    %ebx,%ebx
cmp    %rax,%rsi
sete   %bl
mov    %rbx,0x8(%rbp,%rdi,8)
lea    0x2(%rdi),%rax
xor    %ebx,%ebx
cmp    %rax,%rsi
sete   %bl
mov    %rbx,0x10(%rbp,%rdi,8)
lea    0x3(%rdi),%rax
xor    %ebx,%ebx
cmp    %rax,%rsi
sete   %bl
mov    %rbx,0x18(%rbp,%rdi,8)
add    $0x4,%rdi
cmp    %rdx,%rdi
jne    11d0 <mod_pow+0xb0>
test   %rcx,%rcx
je     11a0 <mod_pow+0x80>
lea    0x0(,%rdi,8),%rbp
add    (%r9,%rsi,8),%rbp
mov    %rsi,%rax
sub    %rdi,%rax
xor    %edi,%edi
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax)
xor    %ebx,%ebx
cmp    %rdi,%rax
sete   %bl
mov    %rbx,0x0(%rbp,%rdi,8)
add    $0x1,%rdi
cmp    %rdi,%rcx
jne    1240 <mod_pow+0x120>
jmp    11a0 <mod_pow+0x80>
test   %r13,%r13
je     12e0 <mod_pow+0x1c0>
cmp    $0x1,%r13
jne    12d5 <mod_pow+0x1b5>
mov    %r9,%rdi
mov    %r12,%rsi
mov    %r15,%rdx
mov    %r14,%rcx
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
jmp    1030 <matrix_mul@plt>
nopl   0x0(%rax)
mov    %r9,%rdi
mov    %r12,%rsi
mov    %r15,%rdx
mov    %r14,%rcx
call   1030 <matrix_mul@plt>
mov    %rax,%rbp
mov    %r13,%rbx
shr    $0x3f,%rbx
add    %r13,%rbx
sar    %rbx
mov    %r12,%rdi
mov    %r12,%rsi
mov    %r15,%rdx
mov    %r14,%rcx
call   1030 <matrix_mul@plt>
mov    %rax,%r12
add    $0x1,%r13
cmp    $0x2,%r13
mov    %rbx,%r13
mov    %rbp,%r9
jbe    12e0 <mod_pow+0x1c0>
test   $0x1,%r13b
jne    1290 <mod_pow+0x170>
mov    %r9,%rbp
jmp    12a4 <mod_pow+0x184>
mov    %r9,%rax
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i64** @mod_pow(i64** %0, i64 %1, i64 %2, i64 %3) {
%5 = alloca i64**
%6 = alloca i64**
%7 = alloca i64
%8 = alloca i64
%9 = alloca i64
%10 = alloca i64**
%11 = alloca i64
%12 = alloca i64
%13 = alloca i64
store i64** %0, i64*** %6
store i64 %1, i64* %7
store i64 %2, i64* %8
store i64 %3, i64* %9
%14 = load i64, i64* %8
%15 = mul i64 8, %14
%16 = trunc i64 %15 to i32
%17 = call i64 @malloc(i32 %16)
%18 = inttoptr i64 %17 to i64**
store i64** %18, i64*** %10
store i64 0, i64* %11
br label %19
19: ; preds = %32, %4
%20 = load i64, i64* %11
%21 = load i64, i64* %8
%22 = icmp slt i64 %20, %21
br i1 %22, label %23, label %35
23: ; preds = %19
%24 = load i64, i64* %8
%25 = mul i64 8, %24
%26 = trunc i64 %25 to i32
%27 = call i64 @malloc(i32 %26)
%28 = inttoptr i64 %27 to i64*
%29 = load i64**, i64*** %10
%30 = load i64, i64* %11
%31 = getelementptr inbounds i64*, i64** %29, i64 %30
store i64* %28, i64** %31
br label %32
32: ; preds = %23
%33 = load i64, i64* %11
%34 = add nsw i64 %33, 1
store i64 %34, i64* %11
br label %19
35: ; preds = %19
store i64 0, i64* %11
br label %36
36: ; preds = %68, %35
%37 = load i64, i64* %11
%38 = load i64, i64* %8
%39 = icmp slt i64 %37, %38
br i1 %39, label %40, label %71
40: ; preds = %36
store i64 0, i64* %12
br label %41
41: ; preds = %64, %40
%42 = load i64, i64* %12
%43 = load i64, i64* %8
%44 = icmp slt i64 %42, %43
br i1 %44, label %45, label %67
45: ; preds = %41
%46 = load i64, i64* %11
%47 = load i64, i64* %12
%48 = icmp eq i64 %46, %47
br i1 %48, label %49, label %56
49: ; preds = %45
%50 = load i64**, i64*** %10
%51 = load i64, i64* %11
%52 = getelementptr inbounds i64*, i64** %50, i64 %51
%53 = load i64*, i64** %52
%54 = load i64, i64* %12
%55 = getelementptr inbounds i64, i64* %53, i64 %54
store i64 1, i64* %55
br label %63
56: ; preds = %45
%57 = load i64**, i64*** %10
%58 = load i64, i64* %11
%59 = getelementptr inbounds i64*, i64** %57, i64 %58
%60 = load i64*, i64** %59
%61 = load i64, i64* %12
%62 = getelementptr inbounds i64, i64* %60, i64 %61
store i64 0, i64* %62
br label %63
63: ; preds = %56, %49
br label %64
64: ; preds = %63
%65 = load i64, i64* %12
%66 = add nsw i64 %65, 1
store i64 %66, i64* %12
br label %41
67: ; preds = %41
br label %68
68: ; preds = %67
%69 = load i64, i64* %11
%70 = add nsw i64 %69, 1
store i64 %70, i64* %11
br label %36
71: ; preds = %36
%72 = load i64, i64* %7
%73 = icmp eq i64 %72, 0
br i1 %73, label %74, label %76
74: ; preds = %71
%75 = load i64**, i64*** %10
store i64** %75, i64*** %5
br label %111
76: ; preds = %71
%77 = load i64, i64* %7
%78 = icmp eq i64 %77, 1
br i1 %78, label %79, label %86
79: ; preds = %76
%80 = load i64**, i64*** %10
%81 = load i64**, i64*** %6
%82 = load i64, i64* %8
%83 = load i64, i64* %9
%84 = call i64** @matrix_mul(i64** %80, i64** %81, i64 %82, i64 %83)
store i64** %84, i64*** %6
%85 = load i64**, i64*** %6
store i64** %85, i64*** %5
br label %111
86: ; preds = %76
br label %87
87: ; preds = %86
br label %88
88: ; preds = %101, %87
%89 = load i64, i64* %7
%90 = icmp ne i64 %89, 0
br i1 %90, label %91, label %109
91: ; preds = %88
%92 = load i64, i64* %7
%93 = and i64 %92, 1
%94 = icmp ne i64 %93, 0
br i1 %94, label %95, label %101
95: ; preds = %91
%96 = load i64**, i64*** %10
%97 = load i64**, i64*** %6
%98 = load i64, i64* %8
%99 = load i64, i64* %9
%100 = call i64** @matrix_mul(i64** %96, i64** %97, i64 %98, i64 %99)
store i64** %100, i64*** %10
br label %101
101: ; preds = %95, %91
%102 = load i64, i64* %7
%103 = sdiv i64 %102, 2
store i64 %103, i64* %7
%104 = load i64**, i64*** %6
%105 = load i64**, i64*** %6
%106 = load i64, i64* %8
%107 = load i64, i64* %9
%108 = call i64** @matrix_mul(i64** %104, i64** %105, i64 %106, i64 %107)
store i64** %108, i64*** %6
br label %88
109: ; preds = %88
%110 = load i64**, i64*** %10
store i64** %110, i64*** %5
br label %111
111: ; preds = %109, %79, %74
%112 = load i64**, i64*** %5
ret i64** %112
}

LLVM IR (-O2):
define i64** @mod_pow(i64** %0, i64 %1, i64 %2, i64 %3) {
%5 = trunc i64 %2 to i32
%6 = shl i32 %5, 3
%7 = tail call i64 @malloc(i32 %6)
%8 = inttoptr i64 %7 to i64**
%9 = icmp sgt i64 %2, 0
br i1 %9, label %17, label %67
10: ; preds = %17
br i1 %9, label %11, label %67
11: ; preds = %10
%12 = add i64 %2, -1
%13 = and i64 %2, 3
%14 = icmp ult i64 %12, 3
%15 = and i64 %2, -4
%16 = icmp eq i64 %13, 0
br label %24
17: ; preds = %4, %17
%18 = phi i64 [ %22, %17 ], [ 0, %4 ]
%19 = tail call i64 @malloc(i32 %6)
%20 = inttoptr i64 %19 to i64*
%21 = getelementptr inbounds i64*, i64** %8, i64 %18
store i64* %20, i64** %21
%22 = add nuw nsw i64 %18, 1
%23 = icmp eq i64 %22, %2
br i1 %23, label %10, label %17
24: ; preds = %11, %64
%25 = phi i64 [ %65, %64 ], [ 0, %11 ]
%26 = getelementptr inbounds i64*, i64** %8, i64 %25
br i1 %14, label %51, label %27
27: ; preds = %24
%28 = load i64*, i64** %26
%29 = load i64*, i64** %26
br label %30
30: ; preds = %30, %27
%31 = phi i64 [ 0, %27 ], [ %48, %30 ]
%32 = phi i64 [ 0, %27 ], [ %49, %30 ]
%33 = icmp eq i64 %25, %31
%34 = zext i1 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds i64, i64* %28, i64 %31
store i64 %34, i64* %35
%36 = or i64 %31, 1
%37 = icmp eq i64 %25, %36
%38 = zext i1 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i64, i64* %28, i64 %36
store i64 %38, i64* %39
%40 = or i64 %31, 2
%41 = icmp eq i64 %25, %40
%42 = zext i1 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds i64, i64* %29, i64 %40
store i64 %42, i64* %43
%44 = or i64 %31, 3
%45 = icmp eq i64 %25, %44
%46 = zext i1 %45 to i64
%47 = getelementptr inbounds i64, i64* %29, i64 %44
store i64 %46, i64* %47
%48 = add nuw nsw i64 %31, 4
%49 = add i64 %32, 4
%50 = icmp eq i64 %49, %15
br i1 %50, label %51, label %30
51: ; preds = %30, %24
%52 = phi i64 [ 0, %24 ], [ %48, %30 ]
br i1 %16, label %64, label %53
53: ; preds = %51
%54 = load i64*, i64** %26
br label %55
55: ; preds = %55, %53
%56 = phi i64 [ %52, %53 ], [ %61, %55 ]
%57 = phi i64 [ 0, %53 ], [ %62, %55 ]
%58 = icmp eq i64 %25, %56
%59 = zext i1 %58 to i64
%60 = getelementptr inbounds i64, i64* %54, i64 %56
store i64 %59, i64* %60
%61 = add nuw nsw i64 %56, 1
%62 = add i64 %57, 1
%63 = icmp eq i64 %62, %13
br i1 %63, label %64, label %55
64: ; preds = %55, %51
%65 = add nuw nsw i64 %25, 1
%66 = icmp eq i64 %65, %2
br i1 %66, label %67, label %24
67: ; preds = %64, %4, %10
switch i64 %1, label %70 [
i64 0, label %84
i64 1, label %68
]
68: ; preds = %67
%69 = tail call i64** @matrix_mul(i64** %8, i64** %0, i64 %2, i64 %3)
br label %84
70: ; preds = %67, %78
%71 = phi i64** [ %79, %78 ], [ %8, %67 ]
%72 = phi i64** [ %81, %78 ], [ %0, %67 ]
%73 = phi i64 [ %80, %78 ], [ %1, %67 ]
%74 = and i64 %73, 1
%75 = icmp eq i64 %74, 0
br i1 %75, label %78, label %76
76: ; preds = %70
%77 = tail call i64** @matrix_mul(i64** %71, i64** %72, i64 %2, i64 %3)
br label %78
78: ; preds = %76, %70
%79 = phi i64** [ %77, %76 ], [ %71, %70 ]
%80 = sdiv i64 %73, 2
%81 = tail call i64** @matrix_mul(i64** %72, i64** %72, i64 %2, i64 %3)
%82 = add i64 %73, 1
%83 = icmp ult i64 %82, 3
br i1 %83, label %84, label %70
84: ; preds = %78, %67, %68
%85 = phi i64** [ %69, %68 ], [ %8, %67 ], [ %79, %78 ]
ret i64** %85
}