如何模拟Delphi记录中的位字段？

Question

我想在 Delphi 中声明一条记录，其中包含与 C 中相同的布局。

对于那些感兴趣的人：此记录是 Windows API

LDT_ENTRY

记录中联合的一部分（我需要在 Delphi 中使用此记录，因为我正在 Delphi 中开发 Xbox 模拟器 - 请参阅 sourceforge 上的项目 Dxbx）。

无论如何，相关记录定义为：

struct
{
    DWORD   BaseMid : 8;
    DWORD   Type : 5;
    DWORD   Dpl : 2;
    DWORD   Pres : 1;
    DWORD   LimitHi : 4;
    DWORD   Sys : 1;
    DWORD   Reserved_0 : 1;
    DWORD   Default_Big : 1;
    DWORD   Granularity : 1;
    DWORD   BaseHi : 8;
}
Bits;

据我所知，Delphi 中没有可能的位字段。我确实尝试过这个：

Bits = record
  BaseMid: Byte; // 8 bits
  _Type: 0..31; // 5 bits
  Dpl: 0..3; // 2 bits
  Pres: Boolean; // 1 bit
  LimitHi: 0..15; // 4 bits
  Sys: Boolean; // 1 bit
  Reserved_0: Boolean; // 1 bit
  Default_Big: Boolean; // 1 bit
  Granularity: Boolean; // 1 bit
  BaseHi: Byte; // 8 bits
end;

但是可惜：它的大小变成了 10 个字节，而不是预期的 4 个字节。

我想知道如何声明记录，以便获得具有相同布局、相同大小和相同成员的记录。最好没有大量的 getter/setter。

Answer 1

谢谢大家！

根据这些信息，我将其简化为：

RBits = record
public
  BaseMid: BYTE;
private
  Flags: WORD;
  function GetBits(const aIndex: Integer): Integer;
  procedure SetBits(const aIndex: Integer; const aValue: Integer);
public
  BaseHi: BYTE;
  property _Type: Integer index $0005 read GetBits write SetBits; // 5 bits at offset 0
  property Dpl: Integer index $0502 read GetBits write SetBits; // 2 bits at offset 5
  property Pres: Integer index $0701 read GetBits write SetBits; // 1 bit at offset 7
  property LimitHi: Integer index $0804 read GetBits write SetBits; // 4 bits at offset 8
  property Sys: Integer index $0C01 read GetBits write SetBits; // 1 bit at offset 12
  property Reserved_0: Integer index $0D01 read GetBits write SetBits; // 1 bit at offset 13
  property Default_Big: Integer index $0E01 read GetBits write SetBits; // 1 bit at offset 14
  property Granularity: Integer index $0F01 read GetBits write SetBits; // 1 bit at offset 15
end;

索引编码如下：

(BitOffset shl 8) + NrBits

。哪里 1<=NrBits<=32 and 0<=BitOffset<=31

现在，我可以按如下方式获取和设置这些位：

{$OPTIMIZATION ON}
{$OVERFLOWCHECKS OFF}
function RBits.GetBits(const aIndex: Integer): Integer;
var
  Offset: Integer;
  NrBits: Integer;
  Mask: Integer;
begin
  NrBits := aIndex and $FF;
  Offset := aIndex shr 8;

  Mask := ((1 shl NrBits) - 1);

  Result := (Flags shr Offset) and Mask;
end;

procedure RBits.SetBits(const aIndex: Integer; const aValue: Integer);
var
  Offset: Integer;
  NrBits: Integer;
  Mask: Integer;
begin
  NrBits := aIndex and $FF;
  Offset := aIndex shr 8;

  Mask := ((1 shl NrBits) - 1);
  Assert(aValue <= Mask);

  Flags := (Flags and (not (Mask shl Offset))) or (aValue shl Offset);
end;

非常漂亮，你不觉得吗？！？！

PS：Rudy Velthuis 现在在他出色的“转换的陷阱”文章中包含了此内容的修订版本。

Answer 2

Rudy 的 Delphi Corner 是我所知道的有关 Delphi 和 C/C++ 互操作性的最佳资源。在 Delphi 中使用 C/C++ API 时，他的《转换的陷阱》几乎是必读之作。您最感兴趣的章节是记录和对齐 -> 位字段，但我强烈建议您从上到下阅读整个内容，两次。其他文章也绝对值得投入时间。

Answer 3

type
  TBits = record
  private
    FBaseMid     : Byte;
    FTypeDplPres :  Byte;
    FLimitHiSysEa: Byte;
    FBaseHi      : Byte;

    function GetType: Byte;
    procedure SetType(const AType: Byte);
    function GetDpl: Byte;
    procedure SetDbl(const ADpl: Byte);
    function GetBit1(const AIndex: Integer): Boolean;
    procedure SetBit1(const AIndex: Integer; const AValue: Boolean);
    function GetLimitHi: Byte;
    procedure SetLimitHi(const AValue: Byte);
    function GetBit2(const AIndex: Integer): Boolean;
    procedure SetBit2(const AIndex: Integer; const AValue: Boolean);

  public
    property BaseMid: Byte read FBaseMid write FBaseMid;
    property &Type: Byte read GetType write SetType; // 0..31
    property Dpl: Byte read GetDpl write SetDbl; // 0..3
    property Pres: Boolean index 128 read GetBit1 write SetBit1; 
    property LimitHi: Byte read GetLimitHi write SetLimitHi; // 0..15

    property Sys: Boolean index 16 read GetBit2 write SetBit2; 
    property Reserved0: Boolean index 32 read GetBit2 write SetBit2; 
    property DefaultBig: Boolean index 64 read GetBit2 write SetBit2; 
    property Granularity: Boolean index 128 read GetBit2 write SetBit2; 
    property BaseHi: Byte read FBaseHi write FBaseHi;
  end;

  function TBits.GetType: Byte;
  begin
    Result := (FTypeDplPres shr 3) and $1F;
  end;

  procedure TBits.SetType(const AType: Byte);
  begin
    FTypeDplPres := (FTypeDplPres and $07) + ((AType and $1F) shr 3);
  end;

  function TBits.GetDpl: Byte;
  begin
    Result := (FTypeDplPres and $06) shr 1;
  end;

  procedure TBits.SetDbl(const ADpl: Byte);
  begin
    FTypeDblPres := (FTypeDblPres and $F9) + ((ADpl and $3) shl 1);
  end;

  function TBits.GetBit1(const AIndex: Integer): Boolean;
  begin
    Result := FTypeDplPres and AIndex = AIndex;
  end;

  procedure TBits.SetBit1(const AIndex: Integer; const AValue: Boolean);
  begin
    if AValue then
      FTypeDblPres := FTypeDblPres or AIndex
    else
      FTypeDblPres := FTypeDblPres and not AIndex;
  end;

  function TBits.GetLimitHi: Byte;
  begin
    Result := (FLimitHiSysEa shr 4) and $0F;
  end;

  procedure TBits.SetLimitHi(const AValue: Byte);
  begin
    FLimitHiSysEa := (FLimitHiSysEa and $0F) + ((AValue and $0F) shr 4);
  end;

  function TBits.GetBit2(const AIndex: Integer): Boolean;
  begin
    Result := FLimitHiSysEa and AIndex = AIndex;
  end;

  procedure TBits.SetBit2(const AIndex: Integer; const AValue: Boolean);
  begin
    if AValue then
      FLimitHiSysEa := FLimitHiSysEa or AIndex
    else
      FLimitHiSysEa := FLimitHiSysEa and not AIndex;
  end;

Answer 4

具体来说，为什么您需要保留该结构？

如果您只需要与使用这种方言（TCP/IP 或类似）进行对话的遗留程序进行对话，或者以这种方式存储数据（文件等），那么我会将普通的 Delphi 结构映射到位-版本兼容。换句话说，我将在内存中使用正常结构的 Delphi 结构，并编写代码以兼容的方式写入和读取该结构。

如果您需要节省内存，我会制作操作内部整数或类似位的 getter 和 setter。这会对性能产生影响，但不会比原始 C 程序的影响大多少，唯一的区别是位操作将由 C 版本中的编译器魔法添加，而你必须自己编写它。

如果内存中没有很多记录，并且不需要与另一个程序对话，我会使用自然的 Delphi 结构。更高性能的代价是使用更多内存。

但这一切都取决于您的标准。

无论如何，您都无法让 Delphi 编译器为您完成与 C 编译器相同的工作。

PACKED RECORD，由另一个人在这里建议的，并没有这样做，也从来没有打算这样做。它只会删除对齐填充以将整数放在 32 位边界和类似的位置上，但不会将多个字段打包到一个字节中。

请注意，执行此操作的常见方法是通过 Delphi SETS，它使用位字段在内部实现。同样，您将拥有与 C 变体不同的代码。