基于 C++ 手写 HTTP 服务器：请求解析与响应构建

在 TCP 通信中，TCP 是面向字节流式的网络通信协议，不具备消息边界的功能。要实现完整的网络通信，必须设计应用层协议。为了方便，已有现成的应用层协议可供直接使用，例如 HTTP（超文本传输协议）。

协议名称	协议全称	默认端口	传输层协议	说明
HTTP	超文本传输协议	80	TCP	网页访问（明文）
HTTPS	安全超文本传输协议	443	TCP	加密网页
FTP	文件传输协议	21 / 20	TCP	文件上传下载
TFTP	简单文件传输协议	69	UDP	简单传输
SMTP	邮件发送协议	25	TCP	发送邮件
POP3	邮件接收协议	110	TCP	下载邮件
IMAP	邮件访问协议	143	TCP	管理邮件
DNS	域名系统	53	UDP/TCP	域名解析
DHCP	动态主机配置协议	67 / 68	UDP	自动分配 IP
Telnet	远程登录协议	23	TCP	不安全远程登录
SSH	安全远程登录	22	TCP	加密远程连接
SNMP	网络管理协议	161	UDP	网络设备管理
NTP	网络时间协议	123	UDP	时间同步

这些就是常见的一些应用层协议。

认识 URL

当我们在浏览器中通过域名访问网站时，本质上并不是直接访问这个字符串，而是需要先将这个域名解析为对应的 IP 地址，然后进行访问。

具体流程是：

• 首先，客户端（浏览器或操作系统）会向本地 DNS 服务器发送解析请求，这个服务器提供者就是三大运营商。
• 如果本地 DNS 服务器没有缓存结果，它会向更高层级的 DNS 服务器发起查询：
  • 根域名服务器
  • 顶级域名服务器
  • 权威域名服务器
• 最终找到该域名对应的 IP 地址，并将结果返回给客户端

拿到 IP 地址之后，客户端就可以通过：IP 地址 + 端口号。

但是仔细的人就会看到我们使用 IP 地址进行访问的时候，并没有看到端口号这个东西，难道只需要通过 IP 地址就可以访问到具体的网站了吗？其实并不是，其实是因为我们使用的是 HTTPS 协议，这个协议就代表着它的端口号就是 443（这就像我们在生活中 110 就是报警电话，119 就是火警电话一样），所以我们就不需要在显现的写出来，浏览器替我们隐式补全了端口号，而不是端口号不存在。

IP 地址负责定位主机，端口号负责定位主机上的具体服务，二者缺一不可

HTTP 协议

这张图其实展示的是一次完整的 HTTP 通信过程中，请求报文和响应报文的整体结构。从客户端角度来看，当浏览器发起请求时，会先构造一段符合 HTTP 协议规范的文本数据发送给服务器，这段数据最开始是请求行，包含请求方法（如 GET、POST）、资源路径以及 HTTP 版本，用来明确'我要做什么、访问哪里、用什么协议版本'。紧接着是多行请求报头，每一行都是 key:value 的形式，用于携带额外信息，比如目标主机、数据类型、客户端信息等，这些内容全部以 \r\n 作为分隔。

在请求报头结束后，会有一个非常关键的空行，它的作用是明确告诉服务器：报头部分已经结束，接下来如果还有内容，就是请求的有效载荷。对于 GET 请求来说通常没有正文，而 POST 请求则会在这里携带数据，比如表单或 JSON，这部分就是图中标注的'请求正文'。

服务器接收到请求并处理后，会按照同样的协议格式返回响应。响应报文的开头是状态行，包含 HTTP 版本、状态码以及对应的描述信息，例如 200 OK 表示请求成功。随后是多行响应报头，同样以 key:value 的形式存在，用来说明返回数据的类型、长度以及服务器相关信息等。报头之后同样会有一个空行，用于分隔元数据和真正的数据内容，最后的响应正文才是客户端真正关心的部分，可能是 HTML 页面、JSON 数据，或者 JS、CSS 等资源。

从整体来看，这张图的核心就是在说明：HTTP 通信本质上是在 TCP 之上，按照固定格式传输的一段'结构化字符串'，通过请求行/状态行、报头、空行和正文这几个部分进行组织，而 \r\n 则充当了天然的分隔符，使客户端和服务器能够准确地解析彼此发送的数据。

HTTP 请求

• 首行：方法+url+版本
• Header:请求的属性，冒号分割的键值对；每一组属性之间用 \r\n 进行分割，遇到空行则表示 Header 部分结束
• Body:空行后面的内容就是 Body，Body 的内容可以是空字符串。

HTTP 响应

• 首行：版本号 + 状态码 + 状态码解释
• Header：请求的属性，冒号分割的键值对；每一组属性之间用 \r\n 进行分割，遇到空行则表示 Header 部分结束
• Body：
• 空行后面的内容就是 Body，Body 的内容可以是空字符串。如果服务器返回了一个 html 页面，那么 html 页面内容就是在 body 中。

现在我们就来简单实现一个能被浏览器访问的 HTTP 服务器

HTTP 服务器

一、实现效果

启动服务器后，在浏览器输入：

http://ip:port/

即可访问我们自己写的网页：

• 支持返回 index.html
• 支持简单页面跳转

二、基本原理

HTTP 服务器本质还是一个 TCP 服务器，只不过多了一步：

👉 解析请求 + 返回符合 HTTP 协议的数据

整体流程：

socket → bind → listen → accept ↓ 创建线程 ↓ read → 解析 → write

三、核心代码思路

1️⃣ 读取浏览器请求

char buffer[1024]; ssize_t s = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1);

浏览器发来的请求大致是：

GET /index.html HTTP/1.1 Host: xxx

2️⃣ 解析请求行

std::stringstream ss(req_header[0]); std::string method, url, version; ss >> method >> url >> version;

我们只关心：

• 请求方法（GET）
• 访问路径（url）

3️⃣ 拼接文件路径

std::string path; if (url == "/" || url == "/index.html") path = "./wwwroot/index.html"; else path = "./wwwroot" + url;

4️⃣ 读取网页内容

std::ifstream in(path); while (std::getline(in, line)) { content += line + "\n"; }

5️⃣ 构造 HTTP 响应

std::string response; response = "HTTP/1.0 200 OK\r\n"; response += "Content-Length: " + std::to_string(content.size()) + "\r\n"; response += "Content-Type: text/html\r\n"; response += "\r\n"; response += content;

然后发送给浏览器：

write(sockfd, response.c_str(), response.size());

6️⃣ 简单处理 404

if (!in.is_open()) { std::string body = "<h1>404 Not Found</h1>"; response = "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n"; response += "Content-Length: " + std::to_string(body.size()) + "\r\n"; response += "Content-Type: text/html\r\n"; response += "\r\n"; response += body; }

HTTP 服务器完整代码

Socket.hpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
enum Err {
    SocketErr = 1,
    BindErr,
    ListenErr
};
class Socket {
public:
    Socket() { }
    void Init() {
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (sockfd_ < 0) {
            std::cout << "socket fail!!!" << std::endl;
            exit(SocketErr);
        }
    }
    void Bind(uint16_t port, std::string ip) {
        struct sockaddr_in server;
        memset(&server, 0, sizeof server);
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(port);
        inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &server.sin_addr);
        if (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&server, sizeof server) < 0) {
            std::cout << "bind fail" << std::endl;
            exit(BindErr);
        }
    }
    void Listen() {
        if (listen(sockfd_, 10) < 0) {
            std::cout << "listen fail" << std::endl;
            exit(ListenErr);
        }
    }
    int Accept(uint16_t *client_port, std::string *client_ip) {
        struct sockaddr_in client;
        bzero(&client, sizeof client);
        socklen_t len = sizeof(client);
        int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr *)&client, &len);
        if (newfd < 0) {
            return -1;
        }
        char ip[64];
        inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr, ip, sizeof ip);
        *client_port = ntohs(client.sin_port);
        *client_ip = ip;
        return newfd;
    }
    bool Connect(uint16_t server_port, std::string server_ip) {
        struct sockaddr_in server;
        bzero(&server, sizeof server);
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(server_port);
        inet_pton(AF_INET, server_ip.c_str(), &server.sin_addr);
        if (connect(sockfd_, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
            return false;
        }
        return true;
    }
    ~Socket() {
        close(sockfd_);
    }
private:
    int sockfd_;
};

HttpServer.cc

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include "Socket.hpp"
#include <fstream>
#include <vector>
#include <sstream>
const std::string wwwroot = "./wwwroot";
class HttpServer;
class ThreadData {
public:
    ThreadData(int sockfd, HttpServer *ts) : sockfd_(sockfd), ts_(ts) { }
public:
    int sockfd_;
    HttpServer *ts_;
};
class HttpServer {
public:
    HttpServer(uint16_t port, std::string ip) : port_(port), ip_(ip) { }
    void Init() {
        listenfd_.Init();
        listenfd_.Bind(port_, ip_);
        listenfd_.Listen();
    }
    void start() {
        while (1) {
            uint16_t client_port;
            std::string client_ip;
            int sockfd = listenfd_.Accept(&client_port, &client_ip);
            if (sockfd < 0) {
                continue;
            }
            ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, this);
            pthread_t tid;
            pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRun, td);
        }
    }
    static void *ThreadRun(void *arg) {
        pthread_detach(pthread_self());
        ThreadData *td = (ThreadData *)arg;
        td->ts_->HttpHandler(td->sockfd_);
        delete td;
        return nullptr;
    }
    std::string ReadHtmlContent(std::string &htmlpath) {
        std::string content;
        std::ifstream in(htmlpath.c_str());
        if (!in.is_open()) {
            return "404";
        }
        std::string line;
        while (std::getline(in, line)) {
            content += line;
        }
        in.close();
        return content;
    }
    void HttpHandler(int sockfd) {
        char buffer[1024];
        ssize_t s = read(sockfd, buffer, sizeof buffer - 1);
        std::string request;
        if (s > 0) {
            buffer[s] = 0;
            std::cout << buffer << std::endl;
            request = buffer;
            std::vector<std::string> req_header;
            while (!request.empty()) {
                ssize_t pos = request.find("\r\n", 0);
                if (pos == std::string::npos) {
                    break;
                }
                std::string line = request.substr(0, pos);
                if (line.empty()) {
                    break;
                }
                req_header.push_back(line);
                request.erase(0, pos + 2);
            }
            std::stringstream ss(req_header[0]);
            std::string method;
            std::string url;
            std::string http_version;
            ss >> method >> url >> http_version;
            std::string path = url;
            if (path == "/" || path == "/index.html") {
                path = wwwroot + "/index.html";
            } else {
                path = wwwroot + url;
            }
            std::string text = ReadHtmlContent(path);
            std::string response;
            if (text == "404") {
                std::string body = "<h1>404 Not Found</h1>";
                response = "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n";
                response += "Content-Length: " + std::to_string(body.size()) + "\r\n";
                response += "Content-Type: text/html\r\n";
                response += "\r\n";
                response += body;
            } else {
                response = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";
                response += "Content-Length: " + std::to_string(text.size()) + "\r\n";
                response += "Content-Type: text/html\r\n";
                response += "\r\n";
                response += text;
            }
            write(sockfd, response.c_str(), response.size());
        }
        close(sockfd);
    }
    ~HttpServer() { }
private:
    Socket listenfd_;
    uint16_t port_;
    std::string ip_;
};
int main(int argc, char *argv[]) {
    uint16_t port = std::stoi(argv[2]);
    std::string ip = argv[1];
    HttpServer *svr = new HttpServer(port, ip);
    svr->Init();
    svr->start();
    return 0;
}

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>index</title>
</head>
<body>
<h1>你是一个好人</h1>
<a href="http://127.0.0.1:8080/a/b/hello.html">下一页</a>
</body>
</html>

hello.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Hello World</title>
</head>
<body>
<h1>祝你幸福</h1>
<a href="http://127.0.0.1:8080/index.html">回到首页</a>
</body>
</html>

HTTP 的方法

其中最常用的就是 GET 和 POST 方法。

现在我们就来通过现象来看看 GET 和 POST 方法有什么不同。

GET 方法

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>index</title>
</head>
<body>
<h1>你是一个好人</h1>
<form action="http://127.0.0.1:8080/a/b/hello.html" method="GET">
银行卡账号：<input type="text" name="user"><br>
银行卡密码：<input type="password" name="pass"><br>
<input type="submit" value="登录">
</form>
<a href="http://127.0.0.1:8080/a/b/hello.html">下一页</a>
</body>
</html>

通过现象我们可以看到，我们在输入银行卡账号和密码之后，点击登录之后，并没有跳转到我们想要的界面，而是返回给我们 404 响应码，这是因为我们在使用 GET 方法之后，会将我们提交的参数拼接到我们的 url 之后，这就使得我们的 url 中就有了我们提交的参数信息。

POST 方法

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>index</title>
</head>
<body>
<h1>你是一个好人</h1>
<form action="http://127.0.0.1:8080/a/b/hello.html" method="POST">
银行卡账号：<input type="text" name="user"><br>
银行卡密码：<input type="password" name="pass"><br>
<input type="submit" value="登录">
</form>
<a href="http://127.0.0.1:8080/a/b/hello.html">下一页</a>
</body>
</html>

从结果来看，我们可以看到使用 POST 的方法的时候，POST 的方法会将我们提交的参数显示到 http 请求信息中的正文部分，我们可以从正文部分看到我们提交的参数信息。

从之前博客中的 TCP 通信，到现在我们亲手实现一个 HTTP 服务器，其实我们已经了解了

• 一个请求是怎么被服务器解析的？
• 浏览器和服务器到底在'说什么'？
• GET 和 POST 的区别

总而言之就是：

👉 HTTP 不再是黑盒，而只是一个'有规则的字符串协议'