如何让GCC内联frexp、scalb等浮点表示函数？

针对你遇到的ARM GCC 13.2.0及更高版本无法内联frexpf等浮点位操作函数的问题，可尝试以下几种方案：

1. 启用-ffast-math编译选项 #

你当前使用的-ffinite-math-only等选项属于-ffast-math的子集，但完整的-ffast-math会让GCC更激进地对数学函数进行优化，包括将标准库的frexpf替换为内置的内联实现。添加该选项后，编译器会直接生成提取浮点尾数和指数的位操作指令，而非调用外部函数。

注意：-ffast-math会放宽IEEE浮点标准的合规性，不过你已经启用了-ffinite-math-only、-fno-trapping-math等选项，说明你可以接受这类合规性让步，添加该选项不会带来额外的兼容性风险。

2. 直接使用GCC内置函数 #

如果不想启用-ffast-math，可以直接调用GCC提供的内置函数__builtin_frexpf，它会被编译器直接内联为位操作指令，且不需要依赖标准库的函数调用。修改你的代码如下：

#include <cmath>
#include <utility>

float expo(float x)
{
    if (std::fpclassify(x) != FP_NORMAL)
    {
        std::unreachable();
    }
    int exp;
    float m = __builtin_frexpf(x, &exp);
    return (1 + m) * exp;
}

这类内置函数是GCC原生支持的，行为和标准库frexpf完全一致，但能确保被内联。

3. 用std::bit_cast实现constexpr兼容的自定义位操作 #

如果你最终需要自己实现相关逻辑，C++20引入的std::bit_cast可以在constexpr上下文中安全地转换浮点类型和整数类型，无需使用memcpy。示例实现如下：

#include <bit>
#include <cmath>
#include <utility>

constexpr float my_frexpf(float x, int& exp)
{
    using UInt32 = std::uint32_t;
    UInt32 bits = std::bit_cast<UInt32>(x);
    
    // 提取指数位（IEEE单精度浮点数：第23到30位）
    int raw_exp = static_cast<int>((bits >> 23) & 0xFF);
    // 计算偏移后的指数（IEEE指数偏移量为127）
    exp = raw_exp - 126;
    
    // 清除指数位，设置为偏移后的尾数（1.xxx形式）
    bits &= 0x807FFFFF; // 保留符号位和尾数位
    bits |= 0x3F800000; // 设置指数为127，对应数值1.0
    return std::bit_cast<float>(bits);
}

constexpr float expo(float x)
{
    if (std::fpclassify(x) != FP_NORMAL)
    {
        std::unreachable();
    }
    int exp;
    float m = my_frexpf(x, &exp);
    return (1 + m) * exp;
}

这个自定义实现完全符合constexpr要求，同时避免了函数调用开销，行为和frexpf一致（针对正规数场景）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Timo