核心是用io_uring或IOCP封装统一、线程安全的C++异步文件I/O接口:定义AsyncOperation基类及OpType枚举,Linux下通过io_uring_get_sqe提交SQE并用user_data关联操作对象,Windows下绑定句柄到IOCP并利用OVERLAPPED嵌入上下文,跨平台通过宏分发API,RAII管理资源与生命周期。

直接用 io_uring(Linux)或 IOCP(Windows)写异步文件 I/O 库,核心是把系统原语封装成统一、易用、线程安全的 C++ 接口。不依赖 Boost.Asio 或 libuv,从底层出发更可控,也更适合高性能场景。
一、抽象统一的异步操作模型
先定义一个通用的异步操作基类,隐藏平台差异:
- 每个操作(读/写/打开/关闭)继承自
AsyncOperation,含回调函数、缓冲区、偏移、字节数等字段 - 用
enum class OpType { Read, Write, Open, Close }统一标识类型 - 操作对象生命周期由库管理(例如用
std::shared_ptr持有,完成时自动析构)
二、Linux 下封装 io_uring
初始化一个全局或 per-thread 的 io_uring 实例(io_uring_queue_init(1024, &ring, 0)),关键点:
- 提交前调用
io_uring_get_sqe(&ring)获取 SQE,填充opcode(如IORING_OP_READV)、fd、addr(iovec*)、len、off - 设置
user_data为操作对象指针,完成时可直接回调 - 用
io_uring_submit(&ring)提交,或异步唤醒(配合IORING_SETUP_IOPOLL或IORING_SETUP_SQPOLL优化) - CQE 完成后,从
user_data取出操作对象,执行回调并清理
三、Windows 下封装 IOCP
IOCP 更依赖重叠 I/O 结构体和句柄绑定:
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- 每个文件句柄需用
CreateIoCompletionPort绑定到同一个完成端口 - 读/写操作使用
ReadFileEx/WriteFileEx(需 UI 线程)或更推荐的ReadFile/WriteFile+OVERLAPPED(配合GetQueuedCompletionStatus) -
OVERLAPPED结构体末尾可追加自定义数据(如操作对象指针),完成时通过lpNumberOfBytesTransferred和lpCompletionKey还原上下文 - 用独立线程池调用
GetQueuedCompletionStatus,解包后触发回调
四、跨平台调度与线程模型
对外提供统一 API,如 async_read(fd, buf, offset, callback),内部路由到对应后端:
- 编译期用
#ifdef __linux__/#ifdef _WIN32分离实现,头文件保持一致接口 - 避免阻塞主线程:所有提交和完成处理走 worker 线程(IOCP 自带;
io_uring可配 dedicated poller 线程或结合epoll唤醒) - 回调默认在 worker 线程执行;如需切回主线程(如 GUI 场景),提供
post_to_main(callback)辅助函数 - 错误统一转为
std::error_code(基于errno或GetLastError())
基本上就这些。不复杂但容易忽略的是资源生命周期管理(比如文件句柄没及时 close、操作对象被提前释放)和线程安全(多个线程同时 submit、共享 ring 或 iocp handle)。做好 RAII 封装和引用计数,再加一层简单的 operation queue(用于批量提交或限流),就能跑得稳。











