VC++ 封裝工業級串口通訊類庫 (同步/非同步/執行緒監控)

前言

串口 (COM) 在工控、儀器、POS、嵌入式通訊中極為普遍。Windows 提供 CreateFile/ReadFile/WriteFile 等 API，但直接使用繁瑣且易出錯。本文提供一個經多平台 (BC/BCB/VC/BCBX/GCC) 驗證的 C++ 串口類庫，採分層架構：

• _base_com：抽象基類，定義純虛擬介面，便於擴充。
• _sync_com：同步阻塞 I/O，適合簡單輪詢/指令回應場景。
• _asyn_com：非同步重疊 I/O (OVERLAPPED)，適合高效能、NT 核心系統。
• _thread_com：含監控執行緒的非同步類，支援視窗訊息通知與繼承擴充，適合複雜 GUI 應用。

類別介面 (節錄)

class _base_com {
public:
    virtual bool open(int port, const char* param = "9600,8,n,1") = 0;
    virtual void close() = 0;
    virtual int write(const void* buf, int len) = 0;
    virtual int read(void* buf, int maxlen) = 0;
    virtual ~_base_com() {}
};

class _sync_com : public _base_com { /* 同步實作 */ };
class _asyn_com : public _base_com { /* 非同步實作 */ };
class _thread_com : public _asyn_com { /* 執行緒監控 + 訊息通知 */ };

使用範例

1. 同步寫入 (最簡單)

#include "com_class.h"

char str[] = "com_class test";
_sync_com com1;
com1.open(1); // COM1, 9600,8,n,1
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    Sleep(500);
    com1.write(str, strlen(str));
}
com1.close();

2. 非同步讀寫 (高效能)

_asyn_com com2;
com2.open(2, "115200,8,n,1");
// 非同步寫入立即返回
com2.write(txBuf, txLen);

// 非同步讀取需配合 GetOverlappedResult 或事件等待
// 通常搭配 _thread_com 使用

3. 執行緒監控模式 (GUI 應用首選)

class CMyComm : public _thread_com
{
protected:
    virtual void OnDataReceived(const BYTE* data, int len)
    {
        // 收到資料，發送自訂訊息到主視窗
        ::PostMessage(m_hNotifyWnd, WM_USER_RX_DATA, (WPARAM)len, (LPARAM)data);
    }
    virtual void OnError(DWORD errCode)
    {
        ::PostMessage(m_hNotifyWnd, WM_USER_COMM_ERROR, errCode, 0);
    }
};

// 使用
CMyComm comm;
comm.SetNotifyWnd(m_hWnd); // 設定接收訊息視窗
comm.open(1, "9600,8,n,1");
// 主視窗訊息映射處理 WM_USER_RX_DATA / WM_USER_COMM_ERROR
// 程式結束
comm.close();

核心實現亮點

關鍵技術細節

• DCB 參數解析："baud,parity,data,stop" 字串 → BuildCommDCB → SetCommState。
• 逾時設定：SetCommTimeouts 設定 ReadIntervalTimeout, ReadTotalTimeoutMultiplier 等，避免永久阻塞。
• 非同步事件：WaitCommEvent + OVERLAPPED 監聽 EV_RXCHAR, EV_TXEMPTY, EV_ERR。
• 執行緒安全：關鍵區保護緩衝區讀寫指標；執行緒結束時 SetCommMask(0) 取消事件等待。
• 資源清理：CloseHandle 串口、事件、執行緒控制碼，析構函式自動釋放。

擴充建議

• 加入 Modbus RTU/ASCII 協議封裝層。
• 支援 藍牙虛擬串口、USB-CDC 自動偵測。
• 整合 Boost.Asio 提供跨平台非同步介面。
• 提供 C#/.NET Wrapper (P/Invoke) 供混合開發使用。

完整原始碼 com_class.h/cpp 含四層類別實作、參數解析、錯誤代碼定義、測試主程式，可直接整合至專案。