void quat_to_mat4(const float q[4], float out[4][4]) {
  float w, x, y, z;
  w = q[0];
  x = q[1];
  y = q[2];
  z = q[3];
  const float ret[4][4] = {{1 - 2 * y * y - 2 * z * z, 2 * x * y + 2 * z * w,
                            2 * x * z - 2 * y * w, 0},
                           {2 * x * y - 2 * z * w, 1 - 2 * x * x - 2 * z * z,
                            2 * y * z + 2 * x * w, 0},
                           {2 * x * z + 2 * y * w, 2 * y * z - 2 * x * w,
                            1 - 2 * x * x - 2 * y * y, 0},
                           {0, 0, 0, 1}};
  mat4_copy(ret, out);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<quat_to_mat4>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x60,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm0
movss  %xmm0,-0x14(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x4(%rax),%xmm0
movss  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm0
movss  %xmm0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm0
movss  %xmm0,-0x20(%rbp)
movss  0xea5(%rip),%xmm1
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm1
movss  -0x1c(%rbp),%xmm0
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm0,%xmm1
movss  0xe7e(%rip),%xmm0
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0xe76(%rip),%xmm0
mulss  -0x20(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movd   %xmm0,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm0
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x60(%rbp)
movss  0xe4a(%rip),%xmm0
mulss  -0x18(%rbp),%xmm0
movss  -0x1c(%rbp),%xmm2
movss  0xe38(%rip),%xmm1
mulss  -0x20(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x5c(%rbp)
movss  0xe19(%rip),%xmm0
mulss  -0x18(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movss  0xe07(%rip),%xmm1
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x58(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x54(%rbp)
movss  0xdd3(%rip),%xmm0
mulss  -0x18(%rbp),%xmm0
movss  -0x1c(%rbp),%xmm2
movss  0xdc1(%rip),%xmm1
mulss  -0x20(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x50(%rbp)
movss  0xd95(%rip),%xmm1
mulss  -0x18(%rbp),%xmm1
movss  -0x18(%rbp),%xmm0
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm0,%xmm1
movss  0xd6e(%rip),%xmm0
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0xd66(%rip),%xmm0
mulss  -0x20(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movd   %xmm0,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm0
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x4c(%rbp)
movss  0xd3a(%rip),%xmm0
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movss  0xd28(%rip),%xmm1
mulss  -0x18(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x48(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x44(%rbp)
movss  0xd01(%rip),%xmm0
mulss  -0x18(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movss  0xcef(%rip),%xmm1
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x40(%rbp)
movss  0xcd0(%rip),%xmm0
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm0
movss  -0x20(%rbp),%xmm2
movss  0xcbe(%rip),%xmm1
mulss  -0x18(%rbp),%xmm1
mulss  -0x14(%rbp),%xmm1
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x3c(%rbp)
movss  0xc92(%rip),%xmm1
mulss  -0x18(%rbp),%xmm1
movss  -0x18(%rbp),%xmm0
movd   %xmm1,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm1
mulss  %xmm0,%xmm1
movss  0xc6b(%rip),%xmm0
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0xc63(%rip),%xmm0
mulss  -0x1c(%rbp),%xmm0
movss  -0x1c(%rbp),%xmm2
movd   %xmm0,%eax
xor    $0x80000000,%eax
movd   %eax,%xmm0
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,-0x38(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x34(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x30(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x2c(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x28(%rbp)
movss  0xc13(%rip),%xmm0
movss  %xmm0,-0x24(%rbp)
lea    -0x60(%rbp),%rdi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
mov    $0x0,%al
call   1030 <mat4_copy@plt>
add    $0x60,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<quat_to_mat4>:
sub    $0x48,%rsp
movss  (%rdi),%xmm8
movss  0x4(%rdi),%xmm9
movss  0x8(%rdi),%xmm6
movss  0xc(%rdi),%xmm10
movaps %xmm6,%xmm0
addss  %xmm6,%xmm0
movaps 0xec8(%rip),%xmm7
movaps %xmm0,%xmm11
xorps  %xmm7,%xmm11
mulss  %xmm6,%xmm11
movss  0xec3(%rip),%xmm2
movaps %xmm11,%xmm4
addss  %xmm2,%xmm4
movaps %xmm10,%xmm3
addss  %xmm10,%xmm3
xorps  %xmm3,%xmm7
mulss  %xmm10,%xmm7
addss  %xmm7,%xmm4
movss  %xmm4,(%rsp)
movaps %xmm9,%xmm4
addss  %xmm9,%xmm4
mulss  %xmm8,%xmm3
mulss  %xmm4,%xmm6
movaps %xmm6,%xmm5
addss  %xmm3,%xmm5
movss  %xmm5,0x4(%rsp)
movaps %xmm4,%xmm1
mulss  %xmm4,%xmm9
mulss  %xmm8,%xmm4
mulss  %xmm0,%xmm8
mulss  %xmm10,%xmm1
movaps %xmm1,%xmm5
subss  %xmm8,%xmm5
movss  %xmm5,0x8(%rsp)
movl   $0x0,0xc(%rsp)
subss  %xmm3,%xmm6
movss  %xmm6,0x10(%rsp)
subss  %xmm9,%xmm2
addss  %xmm2,%xmm7
movss  %xmm7,0x14(%rsp)
mulss  %xmm10,%xmm0
movaps %xmm0,%xmm3
addss  %xmm4,%xmm3
movss  %xmm3,0x18(%rsp)
movl   $0x0,0x1c(%rsp)
addss  %xmm8,%xmm1
movss  %xmm1,0x20(%rsp)
subss  %xmm4,%xmm0
movss  %xmm0,0x24(%rsp)
addss  %xmm11,%xmm2
movss  %xmm2,0x28(%rsp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movups %xmm0,0x2c(%rsp)
movl   $0x3f800000,0x3c(%rsp)
3f
mov    %rsp,%rdi
xor    %eax,%eax
call   1030 <mat4_copy@plt>
add    $0x48,%rsp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @quat_to_mat4(float* %0, [4 x float]* %1) {
%3 = alloca float*
%4 = alloca [4 x float]*
%5 = alloca float
%6 = alloca float
%7 = alloca float
%8 = alloca float
%9 = alloca [4 x [4 x float]]
store float* %0, float** %3
store [4 x float]* %1, [4 x float]** %4
%10 = load float*, float** %3
%11 = getelementptr inbounds float, float* %10, i64 0
%12 = load float, float* %11
store float %12, float* %5
%13 = load float*, float** %3
%14 = getelementptr inbounds float, float* %13, i64 1
%15 = load float, float* %14
store float %15, float* %6
%16 = load float*, float** %3
%17 = getelementptr inbounds float, float* %16, i64 2
%18 = load float, float* %17
store float %18, float* %7
%19 = load float*, float** %3
%20 = getelementptr inbounds float, float* %19, i64 3
%21 = load float, float* %20
store float %21, float* %8
%22 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %9, i64 0, i64 0
%23 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %22, i64 0, i64 0
%24 = load float, float* %7
%25 = fmul float 2.000000e+00, %24
%26 = load float, float* %7
%27 = fneg float %25
%28 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %27, float %26, float 1.000000e+00)
%29 = load float, float* %8
%30 = fmul float 2.000000e+00, %29
%31 = load float, float* %8
%32 = fneg float %30
%33 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %32, float %31, float %28)
store float %33, float* %23
%34 = getelementptr inbounds float, float* %23, i64 1
%35 = load float, float* %6
%36 = fmul float 2.000000e+00, %35
%37 = load float, float* %7
%38 = load float, float* %8
%39 = fmul float 2.000000e+00, %38
%40 = load float, float* %5
%41 = fmul float %39, %40
%42 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %36, float %37, float %41)
store float %42, float* %34
%43 = getelementptr inbounds float, float* %34, i64 1
%44 = load float, float* %6
%45 = fmul float 2.000000e+00, %44
%46 = load float, float* %8
%47 = load float, float* %7
%48 = fmul float 2.000000e+00, %47
%49 = load float, float* %5
%50 = fmul float %48, %49
%51 = fneg float %50
%52 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %45, float %46, float %51)
store float %52, float* %43
%53 = getelementptr inbounds float, float* %43, i64 1
store float 0.000000e+00, float* %53
%54 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %22, i64 1
%55 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %54, i64 0, i64 0
%56 = load float, float* %6
%57 = fmul float 2.000000e+00, %56
%58 = load float, float* %7
%59 = load float, float* %8
%60 = fmul float 2.000000e+00, %59
%61 = load float, float* %5
%62 = fmul float %60, %61
%63 = fneg float %62
%64 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %57, float %58, float %63)
store float %64, float* %55
%65 = getelementptr inbounds float, float* %55, i64 1
%66 = load float, float* %6
%67 = fmul float 2.000000e+00, %66
%68 = load float, float* %6
%69 = fneg float %67
%70 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %69, float %68, float 1.000000e+00)
%71 = load float, float* %8
%72 = fmul float 2.000000e+00, %71
%73 = load float, float* %8
%74 = fneg float %72
%75 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %74, float %73, float %70)
store float %75, float* %65
%76 = getelementptr inbounds float, float* %65, i64 1
%77 = load float, float* %7
%78 = fmul float 2.000000e+00, %77
%79 = load float, float* %8
%80 = load float, float* %6
%81 = fmul float 2.000000e+00, %80
%82 = load float, float* %5
%83 = fmul float %81, %82
%84 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %78, float %79, float %83)
store float %84, float* %76
%85 = getelementptr inbounds float, float* %76, i64 1
store float 0.000000e+00, float* %85
%86 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %54, i64 1
%87 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %86, i64 0, i64 0
%88 = load float, float* %6
%89 = fmul float 2.000000e+00, %88
%90 = load float, float* %8
%91 = load float, float* %7
%92 = fmul float 2.000000e+00, %91
%93 = load float, float* %5
%94 = fmul float %92, %93
%95 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %89, float %90, float %94)
store float %95, float* %87
%96 = getelementptr inbounds float, float* %87, i64 1
%97 = load float, float* %7
%98 = fmul float 2.000000e+00, %97
%99 = load float, float* %8
%100 = load float, float* %6
%101 = fmul float 2.000000e+00, %100
%102 = load float, float* %5
%103 = fmul float %101, %102
%104 = fneg float %103
%105 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %98, float %99, float %104)
store float %105, float* %96
%106 = getelementptr inbounds float, float* %96, i64 1
%107 = load float, float* %6
%108 = fmul float 2.000000e+00, %107
%109 = load float, float* %6
%110 = fneg float %108
%111 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %110, float %109, float 1.000000e+00)
%112 = load float, float* %7
%113 = fmul float 2.000000e+00, %112
%114 = load float, float* %7
%115 = fneg float %113
%116 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %115, float %114, float %111)
store float %116, float* %106
%117 = getelementptr inbounds float, float* %106, i64 1
store float 0.000000e+00, float* %117
%118 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %86, i64 1
%119 = getelementptr inbounds [4 x float], [4 x float]* %118, i64 0, i64 0
store float 0.000000e+00, float* %119
%120 = getelementptr inbounds float, float* %119, i64 1
store float 0.000000e+00, float* %120
%121 = getelementptr inbounds float, float* %120, i64 1
store float 0.000000e+00, float* %121
%122 = getelementptr inbounds float, float* %121, i64 1
store float 1.000000e+00, float* %122
%123 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %9, i64 0, i64 0
%124 = load [4 x float]*, [4 x float]** %4
%125 = call i32 ([4 x float]*, [4 x float]*, ...) bitcast (i32 (...)* @mat4_copy to i32 ([4 x float]*, [4 x float]*, ...)*)([4 x float]* %123, [4 x float]* %124)
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @quat_to_mat4(float* nocapture %0, [4 x float]* %1) {
%3 = alloca [4 x [4 x float]]
%4 = load float, float* %0
%5 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 1
%6 = load float, float* %5
%7 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 2
%8 = load float, float* %7
%9 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 3
%10 = load float, float* %9
%11 = bitcast [4 x [4 x float]]* %3 to i8*
%12 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 0
%13 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 0, i64 0
%14 = fmul float %8, 2.000000e+00
%15 = fneg float %14
%16 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %15, float %8, float 1.000000e+00)
%17 = fmul float %10, 2.000000e+00
%18 = fneg float %17
%19 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %18, float %10, float %16)
store float %19, float* %13
%20 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 0, i64 1
%21 = fmul float %6, 2.000000e+00
%22 = fmul float %4, %17
%23 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %21, float %8, float %22)
store float %23, float* %20
%24 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 0, i64 2
%25 = fmul float %4, %14
%26 = fneg float %25
%27 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %21, float %10, float %26)
store float %27, float* %24
%28 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 0, i64 3
store float 0.000000e+00, float* %28
%29 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 1, i64 0
%30 = fneg float %22
%31 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %21, float %8, float %30)
store float %31, float* %29
%32 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 1, i64 1
%33 = fneg float %21
%34 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %33, float %6, float 1.000000e+00)
%35 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %18, float %10, float %34)
store float %35, float* %32
%36 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 1, i64 2
%37 = fmul float %4, %21
%38 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %14, float %10, float %37)
store float %38, float* %36
%39 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 1, i64 3
store float 0.000000e+00, float* %39
%40 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 2, i64 0
%41 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %21, float %10, float %25)
store float %41, float* %40
%42 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 2, i64 1
%43 = fneg float %37
%44 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %14, float %10, float %43)
store float %44, float* %42
%45 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 2, i64 2
%46 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %15, float %8, float %34)
store float %46, float* %45
%47 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 2, i64 3
%48 = getelementptr inbounds [4 x [4 x float]], [4 x [4 x float]]* %3, i64 0, i64 3, i64 3
%49 = bitcast float* %47 to i8*
store float 1.000000e+00, float* %48
%50 = call i32 ([4 x float]*, [4 x float]*, ...) bitcast (i32 (...)* @mat4_copy to i32 ([4 x float]*, [4 x float]*, ...)*)([4 x float]* %12, [4 x float]* %1)
ret void
}