[实战] Windows 文件读写函数 `ReadFile()` 和 `WriteFile()` 的阻塞与非阻塞操作详解（含完整C语言示例）

极客不孤独

于 2025-06-20 20:51:10 发布

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文章标签： windows c语言单片机学习

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Windows 文件读写函数 `ReadFile()` 和 `WriteFile()` 的阻塞与非阻塞操作详解（含完整C语言示例）

在 Windows 平台进行文件或设备（如串口、管道）编程时，ReadFile() 和 WriteFile() 是最常用的两个 API 函数。它们既可以以阻塞方式运行，也可以通过设置标志实现非阻塞方式运行。本文将详细讲解这两种模式的区别，并提供完整的 C 语言示例代码。

一、概述：`ReadFile()` 和 `WriteFile()` 简介

这两个函数定义在 windows.h 头文件中：

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：文件或设备的句柄。
lpBuffer：数据缓冲区地址。
nNumberOfBytesTo(Read/Write)：要读写的字节数。
lpNumberOfBytes(Read/Written)：实际读写的数据长度。
lpOverlapped：重叠结构指针。为 NULL 表示同步（阻塞）操作；否则表示异步（非阻塞）操作。

二、阻塞操作 vs 非阻塞操作

特性	阻塞操作（默认）	非阻塞操作（异步）
是否等待完成	是，调用线程会被挂起直到操作完成	否，函数立即返回，操作由系统后台完成
是否需要 OVERLAPPED 结构	否	是
是否支持事件通知	否	可结合事件对象进行通知
是否支持 I/O 完成端口	否	是
CPU 使用率	较低（等待期间休眠）	较高（需主动轮询或使用回调）
实现复杂度	简单	复杂

三、阻塞方式示例

✅ 示例1：阻塞方式读写文件

#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;

    // 写入文件（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);

    // 移动文件指针到开头
    SetFilePointer(hFile, 0, NULL, FILE_BEGIN);

    char readBuffer[256];
    DWORD bytesRead;

    // 读取文件（阻塞）
    if (!ReadFile(hFile, readBuffer, sizeof(readBuffer), &bytesRead, NULL)) {
        printf("ReadFile failed (%d)\n", GetLastError());
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }
    readBuffer[bytesRead] = '\0';  // 添加字符串结束符
    printf("Read: %s\n", readBuffer);

    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

📌 编译命令（MinGW / GCC）：

gcc -o blocking_example blocking_example.c -mwindows

四、非阻塞方式示例（异步操作）

使用 OVERLAPPED 结构和事件对象可以实现非阻塞读写。下面是一个完整的异步读取示例：

✅ 示例2：非阻塞方式读取文件（异步 + 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,  // 设置为异步操作
        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);  // 创建事件

    // 异步读取
    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");

    // 等待事件触发（可替换为 WaitForMultipleObjects 或其他机制）
    WaitForSingleObject(overlapped.hEvent, INFINITE);

    // 获取最终结果
    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;
}

📌 编译命令：

gcc -o async_read async_read.c -mwindows

五、总结对比

功能	阻塞方式	非阻塞方式（异步）
是否立即返回	否	是
是否适合大量并发	否	是
是否支持事件通知	否	是
是否需要处理线程阻塞	不需要	需要配合事件、线程池或 I/O 完成端口
适用场景	简单文件读写、调试	高性能网络服务、串口通信、异步I/O