Windows 文件讀寫函數 ReadFile() 和 WriteFile() 的阻塞與非阻塞操作詳解（含完整C語言示例）

在 Windows 平臺進行文件或設備（如串口、管道）編程時，ReadFile() 和 WriteFile() 是最常用的兩個 API 函數。它們既可以以阻塞方式運行，也可以通過設置標志實現非阻塞方式運行。本文將詳細講解這兩種模式的區別，并提供完整的 C 語言示例代碼。

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一、概述：ReadFile() 和 WriteFile() 簡介

這兩個函數定義在 windows.h 頭文件中：

BOOL ReadFile(HANDLE       hFile,LPVOID       lpBuffer,DWORD        nNumberOfBytesToRead,LPDWORD      lpNumberOfBytesRead,LPOVERLAPPED lpOverlapped
);BOOL WriteFile(HANDLE       hFile,LPCVOID      lpBuffer,DWORD        nNumberOfBytesToWrite,LPDWORD      lpNumberOfBytesWritten,LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

• hFile：文件或設備的句柄。
• lpBuffer：數據緩沖區地址。
• nNumberOfBytesTo(Read/Write)：要讀寫的字節數。
• lpNumberOfBytes(Read/Written)：實際讀寫的數據長度。
• lpOverlapped：重疊結構指針。為 NULL 表示同步（阻塞）操作；否則表示異步（非阻塞）操作。

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二、阻塞操作 vs 非阻塞操作

特性	阻塞操作（默認）	非阻塞操作（異步）
是否等待完成	是，調用線程會被掛起直到操作完成	否，函數立即返回，操作由系統后臺完成
是否需要 OVERLAPPED 結構	否	是
是否支持事件通知	否	可結合事件對象進行通知
是否支持 I/O 完成端口	否	是
CPU 使用率	較低（等待期間休眠）	較高（需主動輪詢或使用回調）
實現復雜度	簡單	復雜

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三、阻塞方式示例

? 示例1：阻塞方式讀寫文件

#include <windows.h>
#include <stdio.h>int main() {HANDLE hFile = CreateFile(TEXT("testfile.txt"),GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,0,NULL,CREATE_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL);if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {printf("CreateFile failed (%d)\n", GetLastError());return 1;}const char* buffer = "Hello, World!";DWORD bytesWritten;// 寫入文件（阻塞）if (!WriteFile(hFile, buffer, strlen(buffer), &bytesWritten, NULL)) {printf("WriteFile failed (%d)\n", GetLastError());CloseHandle(hFile);return 1;}printf("Wrote %d bytes\n", bytesWritten);// 移動文件指針到開頭SetFilePointer(hFile, 0, NULL, FILE_BEGIN);char readBuffer[256];DWORD bytesRead;// 讀取文件（阻塞）if (!ReadFile(hFile, readBuffer, sizeof(readBuffer), &bytesRead, NULL)) {printf("ReadFile failed (%d)\n", GetLastError());CloseHandle(hFile);return 1;}readBuffer[bytesRead] = '\0';  // 添加字符串結束符printf("Read: %s\n", readBuffer);CloseHandle(hFile);return 0;
}

📌 編譯命令（MinGW / GCC）：

gcc -o blocking_example blocking_example.c -mwindows

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四、非阻塞方式示例（異步操作）

使用 OVERLAPPED 結構和事件對象可以實現非阻塞讀寫。下面是一個完整的異步讀取示例：

? 示例2：非阻塞方式讀取文件（異步 + 事件通知）

#include <windows.h>
#include <stdio.h>int main() {HANDLE hFile = CreateFile(TEXT("testfile.txt"),GENERIC_READ,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_OVERLAPPED,  // 設置為異步操作NULL);if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {printf("CreateFile failed (%d)\n", GetLastError());return 1;}char buffer[256];DWORD bytesRead;OVERLAPPED overlapped = {0};overlapped.Offset = 0;overlapped.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);  // 創建事件// 異步讀取BOOL result = ReadFile(hFile, buffer, sizeof(buffer), &bytesRead, &overlapped);if (!result && GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) {printf("ReadFile error (%d)\n", GetLastError());CloseHandle(hFile);return 1;}printf("Waiting for asynchronous read to complete...\n");// 等待事件觸發（可替換為 WaitForMultipleObjects 或其他機制）WaitForSingleObject(overlapped.hEvent, INFINITE);// 獲取最終結果if (!GetOverlappedResult(hFile, &overlapped, &bytesRead, FALSE)) {printf("GetOverlappedResult failed (%d)\n", GetLastError());} else {buffer[bytesRead] = '\0';printf("Async read completed: %s\n", buffer);}CloseHandle(overlapped.hEvent);CloseHandle(hFile);return 0;
}

📌 編譯命令：

gcc -o async_read async_read.c -mwindows

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五、總結對比

功能	阻塞方式	非阻塞方式（異步）
是否立即返回	否	是
是否適合大量并發	否	是
是否支持事件通知	否	是
是否需要處理線程阻塞	不需要	需要配合事件、線程池或 I/O 完成端口
適用場景	簡單文件讀寫、調試	高性能網絡服務、串口通信、異步I/O

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六、擴展建議

• 對于高性能服務器程序，建議結合 I/O 完成端口（IOCP） 使用異步模型。
• 如果需要同時處理多個異步請求，應使用 線程池 或 WaitForMultipleObjects。
• 對于串口、管道等設備通信，通常推薦使用異步模式提升響應能力。

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七、結語

Windows 提供了靈活的文件和設備讀寫接口，開發者可以根據需求選擇阻塞模式或非阻塞異步模式。理解兩者的區別及使用方法，是編寫高效 Windows 應用的關鍵一步。希望本篇博客能幫助你更好地掌握 ReadFile() 和 WriteFile() 的使用技巧！

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研究學習不易，點贊易。
工作生活不易，收藏易，點收藏不迷茫 ：）

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