如何实现可移植的constexpr版std::copysign与std::signbit，兼容NaN场景

实现思路 #

基于C++20标准提供的std::bit_cast直接操作IEEE 754双精度浮点数的符号位，不依赖特定编译器内置函数，可同时正确处理常规浮点数与NaN的符号：

• 双精度浮点数最高位（第63位）为符号位，掩码值为0x8000000000000000ULL
• signbit直接判断符号位是否为1即可
• copysign将幅值参数的符号位清空后，或上符号参数的符号位即可实现符号拷贝

完整实现代码 #

#include <bit>
#include <limits>
#include <cstdint>

constexpr bool signbit(double arg) noexcept
{
    // 双精度浮点数转uint64后判断最高位
    return (std::bit_cast<std::uint64_t>(arg) & 0x8000000000000000ULL) != 0;
}

constexpr double copysign(double mag, double sgn) noexcept
{
    const std::uint64_t mag_bits = std::bit_cast<std::uint64_t>(mag) & 0x7FFFFFFFFFFFFFFFULL;
    const std::uint64_t sgn_bits = std::bit_cast<std::uint64_t>(sgn) & 0x8000000000000000ULL;
    return std::bit_cast<double>(mag_bits | sgn_bits);
}

// 正负NaN生成代码
constexpr double nan_pos = copysign(std::numeric_limits<double>::quiet_NaN(), +1);
constexpr double nan_neg = copysign(std::numeric_limits<double>::quiet_NaN(), -1);

// 校验代码
static_assert(signbit(nan_pos) == false);
static_assert(signbit(nan_neg) == true);

以上实现在GCC 11+、Clang 13+版本上均可正常通过编译校验。 #

兼容降级方案 #

如果需要兼容C++20之前的标准，可使用编译器内置函数做兜底，GCC、Clang均支持以下内置函数的constexpr调用：

#if defined(__GNUC__) || defined(__clang__)
constexpr bool signbit(double arg) noexcept
{
    return __builtin_signbit(arg);
}

constexpr double copysign(double mag, double sgn) noexcept
{
    return __builtin_copysign(mag, sgn);
}
#endif

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hank