c++++ 中異步文件 i/o 的實現(xiàn)核心在于使用重疊 i/o 和完成端口技術，以避免主線程阻塞。1. 使用 overlapped 結構體發(fā)起異步 i/o 請求，2. 創(chuàng)建并關聯(lián)完成端口以處理完成通知，3. 通過 getqueuedcompletionstatus 等待并處理 i/o 完成結果。此外，需注意錯誤處理和資源管理，如檢查 getlasterror 和關閉句柄。
異步文件 I/O 在 c++ 中實現(xiàn)的核心在于讓文件操作不阻塞主線程，從而提高程序的響應性和并發(fā)性。這通常涉及使用操作系統(tǒng)提供的重疊 I/O (Overlapped I/O) 和完成端口 (Completion Ports) 技術。簡單來說，就是發(fā)起 I/O 請求后立即返回，讓操作系統(tǒng)在后臺處理，完成后通知程序。
解決方案：
首先，我們需要理解重疊 I/O 的概念。重疊 I/O 允許我們發(fā)起一個 I/O 操作，而無需等待其完成。我們需要一個 OVERLAPPED 結構體來傳遞 I/O 請求的相關信息。
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#include <iostream> #include <fstream> #include <windows.h> bool AsyncReadFile(HANDLE hFile, LPVOID buffer, DWORD bytesToRead, LPOVERLAPPED pOverlapped) { return ReadFile(hFile, buffer, bytesToRead, NULL, pOverlapped); }
這段代碼只是一個簡單的開始，它展示了如何使用 ReadFile 函數(shù)發(fā)起一個異步讀取操作。關鍵在于最后一個參數(shù) pOverlapped，它告訴操作系統(tǒng)這是一個異步操作。如果 ReadFile 返回 FALSE，并不一定意味著失敗，而是可能操作正在進行中，需要檢查 GetLastError() 的返回值。如果是 ERROR_IO_PENDING，則表示操作正在異步執(zhí)行。
接下來，我們需要處理 I/O 完成的通知。這就是完成端口發(fā)揮作用的地方。
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創(chuàng)建完成端口： 使用 CreateIoCompletionPort 函數(shù)創(chuàng)建一個完成端口。
HANDLE hCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0); if (hCompletionPort == NULL) { std::cerr << "CreateIoCompletionPort failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } -
將文件句柄關聯(lián)到完成端口： 使用 CreateIoCompletionPort 函數(shù)將文件句柄與完成端口關聯(lián)起來。
HANDLE hFile = CreateFile(L"test.txt", GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL); if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) { std::cerr << "CreateFile failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } HANDLE hAssociatedPort = CreateIoCompletionPort(hFile, hCompletionPort, (ULONG_PTR)hFile, 0); if (hAssociatedPort == NULL) { std::cerr << "Associate file handle with completion port failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } -
發(fā)起異步 I/O 請求： 使用 ReadFile 或 WriteFile 函數(shù)發(fā)起異步 I/O 請求，并將 OVERLAPPED 結構體傳遞給函數(shù)。
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等待 I/O 完成： 使用 GetQueuedCompletionStatus 函數(shù)等待 I/O 完成的通知。
DWORD bytesTransferred; ULONG_PTR completionKey; LPOVERLAPPED pOverlapped; BOOL bRet = GetQueuedCompletionStatus(hCompletionPort, &bytesTransferred, &completionKey, &pOverlapped, INFINITE); if (bRet == FALSE) { std::cerr << "GetQueuedCompletionStatus failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } std::cout << "Bytes transferred: " << bytesTransferred << std::endl;
GetQueuedCompletionStatus 會一直阻塞，直到完成端口收到一個 I/O 完成的通知。當 I/O 完成時，bytesTransferred 變量會包含實際傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，completionKey 變量會包含與文件句柄關聯(lián)的完成鍵，pOverlapped 變量會包含指向 OVERLAPPED 結構體的指針。
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處理 I/O 完成： 在 GetQueuedCompletionStatus 返回后，我們可以處理 I/O 操作的結果。例如，可以檢查 bytesTransferred 變量的值，以確定實際傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。
完整的示例代碼：
#include <iostream> #include <fstream> #include <windows.h> int main() { HANDLE hCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0); if (hCompletionPort == NULL) { std::cerr << "CreateIoCompletionPort failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } HANDLE hFile = CreateFile(L"test.txt", GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL); if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) { std::cerr << "CreateFile failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } HANDLE hAssociatedPort = CreateIoCompletionPort(hFile, hCompletionPort, (ULONG_PTR)hFile, 0); if (hAssociatedPort == NULL) { std::cerr << "Associate file handle with completion port failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } char buffer[1024]; OVERLAPPED overlapped = {0}; overlapped.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL); //手動重置事件 if (!ReadFile(hFile, buffer, sizeof(buffer) - 1, NULL, &overlapped)) { if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) { std::cerr << "ReadFile failed: " << GetLastError() << std::endl; CloseHandle(hFile); CloseHandle(hCompletionPort); return 1; } } DWORD bytesTransferred; ULONG_PTR completionKey; LPOVERLAPPED pOverlapped; BOOL bRet = GetQueuedCompletionStatus(hCompletionPort, &bytesTransferred, &completionKey, &pOverlapped, INFINITE); if (bRet == FALSE) { std::cerr << "GetQueuedCompletionStatus failed: " << GetLastError() << std::endl; CloseHandle(hFile); CloseHandle(hCompletionPort); return 1; } buffer[bytesTransferred] = '
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