C++ 手写 Web 服务器：基于 JSON 与 HTTP 协议的实现

• dump()：用于序列化，返回 JSON 字符串。可传入整数参数控制缩进。
• parse()：静态成员函数，用于反序列化，将 JSON 字符串还原为 json 对象。

原理简析

json 类内部维护一个联合体来存储不同类型的数据，通过类型标签区分当前状态。构造函数根据输入决定类型（对象、数组或基本类型），并在堆上分配相应资源（如 std::map 或 std::vector）。operator[] 重载了访问接口，支持链式调用和隐式类型转换。

HTTP 协议详解

HTTP 是应用层协议，基于 TCP 传输。理解其报文结构是实现 Web 服务器的关键。

请求报文

由四部分组成：请求行、请求头、空行、请求正文。

• 请求行：方法（GET/POST）、URL、协议版本。
• 请求头：键值对，包含 Host、User-Agent、Content-Type 等。
• 空行：\r\n，标志头部结束。
• 正文：可选，POST 请求常携带表单数据。

GET 与 POST

• GET：获取资源，数据通常在 URL 查询参数中，无正文。
• POST：提交数据，正文携带表单内容，适合敏感或大量数据传输。

响应报文

结构与请求报文对称：响应行、响应头、空行、响应正文。

• 响应行：协议版本、状态码（200 OK, 404 Not Found 等）、状态描述。
• 响应头：Content-Type、Content-Length 等。
• 正文：实际返回的资源内容。

Web 服务器实现

基于上述理论，我们构建一个支持 GET/POST 的 Web 服务器，并实现简易计算器功能。

核心架构

1. Socket 封装：封装 socket、bind、listen、accept 等系统调用，管理生命周期。
2. 线程池：避免频繁创建销毁线程，提高并发处理能力。
3. 任务分发：主线程接受连接，将任务放入队列，工作线程处理。

代码结构

Socket 封装 (sock)

class sock {
public:
    int socketfd = -1;
    ~sock() { if(socketfd >= 0) ::close(socketfd); }
    void socket() { /* ... */ }
    void bind(std::string ip, uint16_t port) { /* ... */ }
    void listen() { /* ... */ }
    int accept(struct sockaddr_in* client, socklen_t* len) { /* ... */ }
};

HTTP 请求解析 (Http_Request)

读取完整 TCP 报文，识别 \r\n\r\n 分隔符，解析请求行与头部。

class Http_Request {
public:
    std::string method, url, http_version;
    std::unordered_map<std::string, std::string> headers;
    std::string text;
    bool Deserialization(std::string& head);
};

业务处理

• GET 处理：映射 URL 到文件系统，读取静态资源（HTML/CSS/图片），设置 MIME 类型。
• POST 处理：解析表单数据（a=1&op=+&b=2），执行计算逻辑，返回结果页面。

主程序入口

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 2) { /* usage */ return -1; }
    uint16_t port = std::stoi(argv[1]);
    Httpserver hs("0.0.0.0", port);
    hs.init();
    hs.start();
    return 0;
}

源码概览

以下是核心模块的代码片段，整合了日志、线程池及业务逻辑。

Task 类

负责具体请求的处理，包括接收数据、解析、调用 Handler 及发送响应。

class Task {
public:
    void run() {
        Http_Request hr;
        Get_HttpRequest(socketfd, hr);
        std::string res;
        if (hr.method == "GET") res = Http_Get_Handler(hr);
        else if (hr.method == "POST") res = Http_Post_Handler(hr);
        send(socketfd, res.c_str(), res.size(), 0);
        close(socketfd);
    }
};

计算器逻辑

解析 POST 正文中的键值对，执行加减乘除运算。

bool process_calculation(std::unordered_map<std::string, std::string>& val, int& result) {
    int a = std::stoi(val["a"]);
    int b = std::stoi(val["b"]);
    std::string op = val["op"];
    // 处理 URL 编码及除零检查
    switch(op[0]) {
        case '+': result = a + b; break;
        case '-': result = a - b; break;
        case '*': result = a * b; break;
        case '/': if(b==0) return false; result = a / b; break;
    }
    return true;
}

结语

本文从 JSON 序列化入手，深入剖析了 HTTP 协议细节，并通过 C++ 实战实现了具备静态资源服务和动态计算能力的 Web 服务器。掌握这些底层机制，有助于更好地理解现代 Web 架构及网络编程的核心逻辑。