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