void quat_normalize(const float q[4], float out[4]) {
  float n = sqrt(q[0] * q[0] + q[1] * q[1] + q[2] * q[2] + q[3] * q[3]);
  out[0] = q[0] / n;
  out[1] = q[1] / n;
  out[2] = q[2] / n;
  out[3] = q[3] / n;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<quat_normalize>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x20,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm2
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x4(%rax),%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mulss  0x4(%rax),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm2
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
cvtss2sd %xmm0,%xmm0
call   1030 <sqrt@plt>
cvtsd2ss %xmm0,%xmm0
movss  %xmm0,-0x14(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  (%rax),%xmm0
divss  -0x14(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  %xmm0,(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x4(%rax),%xmm0
divss  -0x14(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0x4(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0x8(%rax),%xmm0
divss  -0x14(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0x8(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movss  0xc(%rax),%xmm0
divss  -0x14(%rbp),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movss  %xmm0,0xc(%rax)
add    $0x20,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<quat_normalize>:
push   %r14
push   %rbx
push   %rax
mov    %rsi,%r14
mov    %rdi,%rbx
movss  (%rdi),%xmm0
movss  0x4(%rdi),%xmm1
mulss  %xmm1,%xmm1
mulss  %xmm0,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  0x8(%rdi),%xmm1
mulss  %xmm1,%xmm1
addss  %xmm0,%xmm1
movss  0xc(%rdi),%xmm0
mulss  %xmm0,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
xorps  %xmm1,%xmm1
ucomiss %xmm1,%xmm0
jb     1157 <quat_normalize+0x47>
sqrtss %xmm0,%xmm0
jmp    115c <quat_normalize+0x4c>
call   1030 <sqrtf@plt>
movss  (%rbx),%xmm1
divss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,(%r14)
movss  0x4(%rbx),%xmm1
divss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,0x4(%r14)
movss  0x8(%rbx),%xmm1
divss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,0x8(%r14)
movss  0xc(%rbx),%xmm1
divss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,0xc(%r14)
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r14
ret

LLVM IR (-O0):
define void @quat_normalize(float* %0, float* %1) {
%3 = alloca float*
%4 = alloca float*
%5 = alloca float
store float* %0, float** %3
store float* %1, float** %4
%6 = load float*, float** %3
%7 = getelementptr inbounds float, float* %6, i64 0
%8 = load float, float* %7
%9 = load float*, float** %3
%10 = getelementptr inbounds float, float* %9, i64 0
%11 = load float, float* %10
%12 = load float*, float** %3
%13 = getelementptr inbounds float, float* %12, i64 1
%14 = load float, float* %13
%15 = load float*, float** %3
%16 = getelementptr inbounds float, float* %15, i64 1
%17 = load float, float* %16
%18 = fmul float %14, %17
%19 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %8, float %11, float %18)
%20 = load float*, float** %3
%21 = getelementptr inbounds float, float* %20, i64 2
%22 = load float, float* %21
%23 = load float*, float** %3
%24 = getelementptr inbounds float, float* %23, i64 2
%25 = load float, float* %24
%26 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %22, float %25, float %19)
%27 = load float*, float** %3
%28 = getelementptr inbounds float, float* %27, i64 3
%29 = load float, float* %28
%30 = load float*, float** %3
%31 = getelementptr inbounds float, float* %30, i64 3
%32 = load float, float* %31
%33 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %29, float %32, float %26)
%34 = fpext float %33 to double
%35 = call double @sqrt(double %34)
%36 = fptrunc double %35 to float
store float %36, float* %5
%37 = load float*, float** %3
%38 = getelementptr inbounds float, float* %37, i64 0
%39 = load float, float* %38
%40 = load float, float* %5
%41 = fdiv float %39, %40
%42 = load float*, float** %4
%43 = getelementptr inbounds float, float* %42, i64 0
store float %41, float* %43
%44 = load float*, float** %3
%45 = getelementptr inbounds float, float* %44, i64 1
%46 = load float, float* %45
%47 = load float, float* %5
%48 = fdiv float %46, %47
%49 = load float*, float** %4
%50 = getelementptr inbounds float, float* %49, i64 1
store float %48, float* %50
%51 = load float*, float** %3
%52 = getelementptr inbounds float, float* %51, i64 2
%53 = load float, float* %52
%54 = load float, float* %5
%55 = fdiv float %53, %54
%56 = load float*, float** %4
%57 = getelementptr inbounds float, float* %56, i64 2
store float %55, float* %57
%58 = load float*, float** %3
%59 = getelementptr inbounds float, float* %58, i64 3
%60 = load float, float* %59
%61 = load float, float* %5
%62 = fdiv float %60, %61
%63 = load float*, float** %4
%64 = getelementptr inbounds float, float* %63, i64 3
store float %62, float* %64
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @quat_normalize(float* nocapture %0, float* nocapture writeonly %1) {
%3 = load float, float* %0
%4 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 1
%5 = load float, float* %4
%6 = fmul float %5, %5
%7 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %3, float %3, float %6)
%8 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 2
%9 = load float, float* %8
%10 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %9, float %9, float %7)
%11 = getelementptr inbounds float, float* %0, i64 3
%12 = load float, float* %11
%13 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %12, float %12, float %10)
%14 = tail call float @sqrtf(float %13)
%15 = load float, float* %0
%16 = fdiv float %15, %14
store float %16, float* %1
%17 = load float, float* %4
%18 = fdiv float %17, %14
%19 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 1
store float %18, float* %19
%20 = load float, float* %8
%21 = fdiv float %20, %14
%22 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 2
store float %21, float* %22
%23 = load float, float* %11
%24 = fdiv float %23, %14
%25 = getelementptr inbounds float, float* %1, i64 3
store float %24, float* %25
ret void
}