C++ 手搓 JSON+HTTP Web 计算器服务器

请求报文

HTTP 请求由四部分组成：请求行、请求头、空行、请求正文。

请求行包含方法、URL 和协议版本。常见方法有 GET（获取资源）和 POST（提交数据）。

请求头提供元信息，如 Host（目标主机）、User-Agent（客户端身份）、Content-Type（正文类型）等。

示例：

POST /api/login HTTP/1.1
Host: www.example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

username=admin&password=123456

响应报文

响应报文结构与请求类似，包括响应行、响应头、空行和响应正文。

响应行包含协议版本、状态码和状态描述。常见的状态码有 200 OK、404 Not Found、500 Internal Server Error 等。

响应头中的 Set-Cookie 字段用于维持会话状态，解决 HTTP 无状态的问题。

Web 服务器实战

基于上述理论，我们构建一个简易的 Web 服务器，实现静态资源服务和动态计算功能。

架构设计

采用面向对象设计，将 Socket 操作封装为 sock 类，利用 RAII 管理资源生命周期。主服务器类 Httpserver 负责监听和启动线程池。

Socket 封装示例：

class sock {
public:
    sock() : socketfd(-1) {}
    ~sock() { if(socketfd >= 0) ::close(socketfd); }
    
    void socket() {
        socketfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        // 设置 SO_REUSEADDR 避免端口占用
        int opt = 1;
        setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    }
    
    void bind(std::string ip, uint16_t port) {
        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);
        ::bind(socketfd, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
    }
    
    // ... listen, accept 等方法 ...
private:
    int socketfd;
};

线程池与任务调度

为了高效处理并发连接，引入线程池。主线程负责 accept 新连接，将其封装为 Task 任务放入队列，消费者线程从队列获取任务并执行。

class Httpserver {
public:
    void start() {
        listen_socket.listen();
        threadpool& tp = threadpool::getinstance();
        tp.start();
        while(islistening) {
            size_t client_fd = listen_socket.accept(&client, &client_len);
            Task t(client_fd);
            tp.push(t);
        }
    }
};

请求解析

TCP 是流式传输，需要依据 HTTP 协议边界（\r\n\r\n）判断请求是否完整。读取到完整头部后，检查 Content-Length 字段以确定是否需要继续读取正文。

bool Get_HttpRequest(size_t socketfd, Http_Request& hr) {
    std::string data;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    while(true) {
        ssize_t read_bytes = recv(socketfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0);
        if(read_bytes <= 0) return false;
        data.append(buffer, read_bytes);
        if(data.find("\r\n\r\n") != std::string::npos) break;
    }
    // 解析逻辑...
    return hr.Deserialization(head);
}

业务处理

根据请求方法分发处理逻辑：

1. GET 请求：映射到文件系统，读取静态资源（HTML、图片等）。根据文件后缀自动设置 MIME 类型。若文件不存在则返回 404 页面。
2. POST 请求：解析表单数据（键值对），执行动态逻辑。本例中实现了一个简单的计算器功能。

GET 处理逻辑：

std::string Http_Get_Handler(Http_Request& hr) {
    std::string file_path = path + hr.url;
    // 查找后缀确定 MIME 类型
    std::string content_type = Task::suffix_handler(file_path);
    std::string body = read_file(file_path);
    
    if(body.empty()) {
        // 返回 404
        return build_response(404, "Not Found");
    }
    // 返回 200
    return build_response(200, body, content_type);
}

POST 处理逻辑（计算器）：

std::string Http_Post_Handler(Http_Request& hr) {
    if(hr.url == "/calc") {
        // 解析 body 中的 a, op, b
        int result;
        if(process_calculation(val, result)) {
            // 构建成功 HTML 响应
            return build_success_response(result);
        }
    }
    return build_error_response(400);
}

结语

本文从 JSON 序列化原理入手，详细剖析了 HTTP 协议的结构，并最终通过 C++ 实现了一个具备静态服务与动态计算能力的 Web 服务器。通过封装 Socket 类和使用线程池，代码结构更加清晰且具备基本的并发处理能力。掌握这些底层机制，有助于我们在面对更复杂的网络应用时游刃有余。