Потеря точности при преобразовании типов?

Найти, наверное, проще всего экспериментально, вставляя проверки состояния в стратегически важных местах. Обнаружить изменение (без созерцания выхлопов printf) можно той же _controlfp, (_controlfp(0, 0) & _MCW_PC) == _PC_64 или _PC_53.

Потеря точности при преобразовании типов?

Может, создать отдельный поток для выполнения части кода? Точность FPU, если я не ошибаюсь, индивидуальна для каждого потока.

GCC генерирует плохой код?

Можно и -O1, и -Os. Суть в том, что сейчас оптимизации вообще не включены.