void histogram(int M, int N, int matrix[M][N], int P, int hist[P]) {
  for (int k = 0; k < P; k++) {
    hist[k] = 0;
  }
  for (int i = 0; i < M; i++) {
    for (int j = 0; j < N; j++) {
      hist[matrix[i][j]] += 1;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<histogram>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %rdx,-0x10(%rbp)
mov    %ecx,-0x14(%rbp)
mov    %r8,-0x20(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    114c <histogram+0x4c>
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1123 <histogram+0x23>
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x4(%rbp),%eax
jge    11bf <histogram+0xbf>
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    11ac <histogram+0xac>
mov    -0x38(%rbp),%rsi
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x10(%rbp),%rcx
movslq -0x28(%rbp),%rdx
imul   %rsi,%rdx
shl    $0x2,%rdx
add    %rdx,%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1166 <histogram+0x66>
jmp    11b1 <histogram+0xb1>
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1153 <histogram+0x53>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<histogram>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r12
push   %rbx
mov    %r8,%rbx
mov    %rdx,%r14
mov    %esi,%r12d
mov    %edi,%r15d
test   %ecx,%ecx
jle    1138 <histogram+0x28>
mov    %ecx,%edx
shl    $0x2,%rdx
mov    %rbx,%rdi
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
test   %r15d,%r15d
jle    11e3 <histogram+0xd3>
mov    %r12d,%r10d
mov    %r15d,%r9d
lea    -0x1(%r10),%r8
mov    %r10d,%esi
and    $0x3,%esi
mov    %r10d,%edi
and    $0xfffffffc,%edi
lea    0xc(%r14),%rdx
shl    $0x2,%r10
xor    %r11d,%r11d
jmp    117f <histogram+0x6f>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    $0x1,%r11
add    %r10,%rdx
add    %r10,%r14
cmp    %r9,%r11
je     11e3 <histogram+0xd3>
test   %r12d,%r12d
jle    1170 <histogram+0x60>
xor    %ecx,%ecx
cmp    $0x3,%r8
jb     11bc <histogram+0xac>
nopl   0x0(%rax)
movslq -0xc(%rdx,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq -0x8(%rdx,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq -0x4(%rdx,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq (%rdx,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
add    $0x4,%rcx
cmp    %rcx,%rdi
jne    1190 <histogram+0x80>
test   %rsi,%rsi
je     1170 <histogram+0x60>
lea    (%r14,%rcx,4),%rcx
xor    %eax,%eax
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rcx,%rax,4),%rbp
addl   $0x1,(%rbx,%rbp,4)
add    $0x1,%rax
cmp    %rax,%rsi
jne    11d0 <histogram+0xc0>
jmp    1170 <histogram+0x60>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @histogram(i32 %0, i32 %1, i32* nocapture %2, i32 %3, i32* nocapture %4) {
%6 = zext i32 %1 to i64
%7 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %7, label %8, label %12
8: ; preds = %5
%9 = bitcast i32* %4 to i8*
%10 = zext i32 %3 to i64
%11 = shl nuw nsw i64 %10, 2
br label %12
12: ; preds = %8, %5
%13 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %13, label %14, label %27
14: ; preds = %12
%15 = icmp sgt i32 %1, 0
%16 = zext i32 %0 to i64
%17 = add nsw i64 %6, -1
%18 = and i64 %6, 3
%19 = icmp ult i64 %17, 3
%20 = and i64 %6, 4294967292
%21 = icmp eq i64 %18, 0
br label %22
22: ; preds = %14, %42
%23 = phi i64 [ 0, %14 ], [ %43, %42 ]
br i1 %15, label %24, label %42
24: ; preds = %22
%25 = mul nuw nsw i64 %23, %6
%26 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %25
br i1 %19, label %28, label %45
27: ; preds = %42, %12
ret void
28: ; preds = %45, %24
%29 = phi i64 [ 0, %24 ], [ %75, %45 ]
br i1 %21, label %42, label %30
30: ; preds = %28, %30
%31 = phi i64 [ %39, %30 ], [ %29, %28 ]
%32 = phi i64 [ %40, %30 ], [ 0, %28 ]
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %31
%34 = load i32, i32* %33
%35 = sext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %35
%37 = load i32, i32* %36
%38 = add nsw i32 %37, 1
store i32 %38, i32* %36
%39 = add nuw nsw i64 %31, 1
%40 = add i64 %32, 1
%41 = icmp eq i64 %40, %18
br i1 %41, label %42, label %30
42: ; preds = %28, %30, %22
%43 = add nuw nsw i64 %23, 1
%44 = icmp eq i64 %43, %16
br i1 %44, label %27, label %22
45: ; preds = %24, %45
%46 = phi i64 [ %75, %45 ], [ 0, %24 ]
%47 = phi i64 [ %76, %45 ], [ 0, %24 ]
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %46
%49 = load i32, i32* %48
%50 = sext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %51
%54 = or i64 %46, 1
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %57
%59 = load i32, i32* %58
%60 = add nsw i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %58
%61 = or i64 %46, 2
%62 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %61
%63 = load i32, i32* %62
%64 = sext i32 %63 to i64
%65 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %64
%66 = load i32, i32* %65
%67 = add nsw i32 %66, 1
store i32 %67, i32* %65
%68 = or i64 %46, 3
%69 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %68
%70 = load i32, i32* %69
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %71
%73 = load i32, i32* %72
%74 = add nsw i32 %73, 1
store i32 %74, i32* %72
%75 = add nuw nsw i64 %46, 4
%76 = add i64 %47, 4
%77 = icmp eq i64 %76, %20
br i1 %77, label %28, label %45
}