void matrix_mul_basic(double *res, double *a, double *b, int n) {
  int i, j, k;
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    for (j = 0; j < n; ++j) {
      double r = 0.0;
      for (k = 0; k < n; ++k) {
        r += a[i * n + k] * b[k * n + j];
      }
      res[i * n + j] = r;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_mul_basic>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %ecx,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11dc <matrix_mul_basic+0xdc>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11c9 <matrix_mul_basic+0xc9>
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11a0 <matrix_mul_basic+0xa0>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    -0x28(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    -0x24(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x30(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1148 <matrix_mul_basic+0x48>
movsd  -0x30(%rbp),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    -0x24(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    112d <matrix_mul_basic+0x2d>
jmp    11ce <matrix_mul_basic+0xce>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    111a <matrix_mul_basic+0x1a>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_mul_basic>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
test   %ecx,%ecx
jle    11f3 <matrix_mul_basic+0xf3>
mov    %ecx,%r8d
mov    %r8d,%r9d
and    $0xfffffffe,%r9d
lea    0x8(%rsi),%rax
lea    0x0(,%r8,8),%r10
mov    %r8,%r11
shl    $0x4,%r11
xor    %r14d,%r14d
jmp    1150 <matrix_mul_basic+0x50>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    $0x1,%r14
add    %r10,%rax
cmp    %r8,%r14
je     11f3 <matrix_mul_basic+0xf3>
mov    %r14,%r15
imul   %r8,%r15
mov    %rdx,%r12
xor    %r13d,%r13d
jmp    1176 <matrix_mul_basic+0x76>
nop
lea    (%r15,%r13,1),%rbx
movsd  %xmm0,(%rdi,%rbx,8)
add    $0x1,%r13
add    $0x8,%r12
cmp    %r8,%r13
je     1140 <matrix_mul_basic+0x40>
cmp    $0x1,%ecx
jne    1190 <matrix_mul_basic+0x90>
xorpd  %xmm0,%xmm0
xor    %ebx,%ebx
jmp    11cf <matrix_mul_basic+0xcf>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
xorpd  %xmm1,%xmm1
mov    %r12,%rbp
xor    %ebx,%ebx
nopl   0x0(%rax)
movsd  -0x8(%rax,%rbx,8),%xmm2
mulsd  0x0(%rbp),%xmm2
movsd  (%rax,%rbx,8),%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm2
mulsd  0x0(%rbp,%r10,1),%xmm0
addsd  %xmm2,%xmm0
add    $0x2,%rbx
add    %r11,%rbp
movapd %xmm0,%xmm1
cmp    %rbx,%r9
jne    11a0 <matrix_mul_basic+0xa0>
test   $0x1,%r8b
je     1160 <matrix_mul_basic+0x60>
lea    (%rbx,%r15,1),%rbp
movsd  (%rsi,%rbp,8),%xmm1
imul   %r8,%rbx
add    %r13,%rbx
mulsd  (%rdx,%rbx,8),%xmm1
addsd  %xmm1,%xmm0
jmp    1160 <matrix_mul_basic+0x60>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @matrix_mul_basic(double* %0, double* %1, double* %2, i32 %3) {
%5 = alloca double*
%6 = alloca double*
%7 = alloca double*
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca double
store double* %0, double** %5
store double* %1, double** %6
store double* %2, double** %7
store i32 %3, i32* %8
store i32 0, i32* %9
br label %13
13: ; preds = %65, %4
%14 = load i32, i32* %9
%15 = load i32, i32* %8
%16 = icmp slt i32 %14, %15
br i1 %16, label %17, label %68
17: ; preds = %13
store i32 0, i32* %10
br label %18
18: ; preds = %61, %17
%19 = load i32, i32* %10
%20 = load i32, i32* %8
%21 = icmp slt i32 %19, %20
br i1 %21, label %22, label %64
22: ; preds = %18
store double 0.000000e+00, double* %12
store i32 0, i32* %11
br label %23
23: ; preds = %48, %22
%24 = load i32, i32* %11
%25 = load i32, i32* %8
%26 = icmp slt i32 %24, %25
br i1 %26, label %27, label %51
27: ; preds = %23
%28 = load double*, double** %6
%29 = load i32, i32* %9
%30 = load i32, i32* %8
%31 = mul nsw i32 %29, %30
%32 = load i32, i32* %11
%33 = add nsw i32 %31, %32
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds double, double* %28, i64 %34
%36 = load double, double* %35
%37 = load double*, double** %7
%38 = load i32, i32* %11
%39 = load i32, i32* %8
%40 = mul nsw i32 %38, %39
%41 = load i32, i32* %10
%42 = add nsw i32 %40, %41
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds double, double* %37, i64 %43
%45 = load double, double* %44
%46 = load double, double* %12
%47 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %36, double %45, double %46)
store double %47, double* %12
br label %48
48: ; preds = %27
%49 = load i32, i32* %11
%50 = add nsw i32 %49, 1
store i32 %50, i32* %11
br label %23
51: ; preds = %23
%52 = load double, double* %12
%53 = load double*, double** %5
%54 = load i32, i32* %9
%55 = load i32, i32* %8
%56 = mul nsw i32 %54, %55
%57 = load i32, i32* %10
%58 = add nsw i32 %56, %57
%59 = sext i32 %58 to i64
%60 = getelementptr inbounds double, double* %53, i64 %59
store double %52, double* %60
br label %61
61: ; preds = %51
%62 = load i32, i32* %10
%63 = add nsw i32 %62, 1
store i32 %63, i32* %10
br label %18
64: ; preds = %18
br label %65
65: ; preds = %64
%66 = load i32, i32* %9
%67 = add nsw i32 %66, 1
store i32 %67, i32* %9
br label %13
68: ; preds = %13
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @matrix_mul_basic(double* nocapture writeonly %0, double* nocapture %1, double* nocapture %2, i32 %3) {
%5 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %5, label %6, label %64
6: ; preds = %4
%7 = zext i32 %3 to i64
%8 = zext i32 %3 to i64
%9 = and i64 %8, 1
%10 = icmp eq i32 %3, 1
%11 = and i64 %8, 4294967294
%12 = icmp eq i64 %9, 0
br label %13
13: ; preds = %61, %6
%14 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %62, %61 ]
%15 = mul nsw i64 %14, %7
br label %16
16: ; preds = %55, %13
%17 = phi i64 [ 0, %13 ], [ %59, %55 ]
br i1 %10, label %42, label %18
18: ; preds = %16, %18
%19 = phi i64 [ %39, %18 ], [ 0, %16 ]
%20 = phi double [ %38, %18 ], [ 0.000000e+00, %16 ]
%21 = phi i64 [ %40, %18 ], [ 0, %16 ]
%22 = add nuw nsw i64 %19, %15
%23 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %22
%24 = load double, double* %23
%25 = mul nsw i64 %19, %7
%26 = add nuw nsw i64 %25, %17
%27 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %26
%28 = load double, double* %27
%29 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %24, double %28, double %20)
%30 = or i64 %19, 1
%31 = add nuw nsw i64 %30, %15
%32 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %31
%33 = load double, double* %32
%34 = mul nsw i64 %30, %7
%35 = add nuw nsw i64 %34, %17
%36 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %35
%37 = load double, double* %36
%38 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %33, double %37, double %29)
%39 = add nuw nsw i64 %19, 2
%40 = add i64 %21, 2
%41 = icmp eq i64 %40, %11
br i1 %41, label %42, label %18
42: ; preds = %18, %16
%43 = phi double [ undef, %16 ], [ %38, %18 ]
%44 = phi i64 [ 0, %16 ], [ %39, %18 ]
%45 = phi double [ 0.000000e+00, %16 ], [ %38, %18 ]
br i1 %12, label %55, label %46
46: ; preds = %42
%47 = add nuw nsw i64 %44, %15
%48 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %47
%49 = load double, double* %48
%50 = mul nsw i64 %44, %7
%51 = add nuw nsw i64 %50, %17
%52 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %51
%53 = load double, double* %52
%54 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %49, double %53, double %45)
br label %55
55: ; preds = %42, %46
%56 = phi double [ %43, %42 ], [ %54, %46 ]
%57 = add nuw nsw i64 %17, %15
%58 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %57
store double %56, double* %58
%59 = add nuw nsw i64 %17, 1
%60 = icmp eq i64 %59, %8
br i1 %60, label %61, label %16
61: ; preds = %55
%62 = add nuw nsw i64 %14, 1
%63 = icmp eq i64 %62, %8
br i1 %63, label %64, label %13
64: ; preds = %61, %4
ret void
}