Linux 网络编程：基于 C++ 实现 JSON 与 HTTP Web 服务器

反序列化： 使用静态成员函数 parse() 将 JSON 字符串还原为 json 对象。 C++11 原始字符串字面量 R"()" 可避免转义字符困扰。

std::string s = R"({"name":"WZ","age":18})";
nlohmann::json j = nlohmann::json::parse(s);

JSON 原理简析

json 类内部维护类型变量和联合体值变量。基本类型直接存储，复杂类型存储指针。构造函数根据输入决定类型（object/array/number/string）。重载的 operator[] 支持通过键或索引访问修改，并自动扩容。

HTTP 协议

HTTP 是应用层通信协议，基于 TCP 传输。客户端与服务端通过请求报文和响应报文交互。

URL 与域名解析

URL（Uniform Resource Locator）包含协议、域名、端口、路径等。浏览器需通过 DNS 将域名解析为 IP 地址才能建立连接。DNS 查询过程涉及本地缓存、hosts 文件、本地 DNS 服务器及根/顶级/权威域名服务器的迭代查询。

HTTP 请求报文

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 + URL + 协议版本。 常见方法：GET（获取资源）、POST（提交数据）、PUT、DELETE 等。

请求头： 键值对形式，包含 Host、User-Agent、Content-Type 等信息。

• Host: 指定目标站点。
• Content-Length: 指示正文长度。

HTTP 响应报文

响应报文同样由响应行、响应头、空行、响应正文组成。

响应行： 协议版本 + 状态码 + 状态描述。 常见状态码：

• 2xx: 成功（200 OK）
• 3xx: 重定向（301, 302）
• 4xx: 客户端错误（404 Not Found）
• 5xx: 服务器错误（500 Internal Server Error）

响应头： 包含 Content-Type、Content-Length、Set-Cookie 等。 Cookie 机制用于在无状态的 HTTP 协议上维持会话状态。

Web 服务器实现

基于上述理论，使用 C++ 实现一个简易 Web 服务器。

架构设计

1. Socket 封装： 封装 socket、bind、listen、accept 等系统调用，管理套接字生命周期。
2. 线程池： 解决高并发下的线程创建销毁开销，采用单例模式，维护任务队列和工作线程。
3. 任务处理： 每个连接封装为一个 Task 对象，放入线程池执行。

核心代码逻辑

Socket 类封装：

class sock {
public:
    void socket() { /* 创建 TCP 套接字 */ }
    void bind(std::string ip, uint16_t port) { /* 绑定地址 */ }
    void listen() { /* 开始监听 */ }
    int accept(struct sockaddr_in* client, socklen_t* clientlen) { /* 接受连接 */ }
private:
    int socketfd;
};

HTTP 请求解析： 读取完整 TCP 报文，依据 \r\n\r\n 判断请求头结束，根据 Content-Length 读取正文。反序列化请求行和请求头至结构体。

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);
}

请求分发： 根据 method 字段区分 GET 和 POST。

• GET: 映射静态文件路径，读取文件内容返回。
• POST: 解析表单数据，执行业务逻辑（如计算器功能）。

GET 处理示例：

std::string Http_Get_Handler(Http_Request& hr) {
    std::string file_path = path + hr.url;
    std::string body = read_file(file_path);
    if(body.empty()) {
        // 返回 404 页面
    } else {
        // 构建 200 OK 响应
    }
    return res;
}

POST 处理示例（计算器）：

std::string Http_Post_Handler(Http_Request& hr) {
    if(hr.url == "/calc") {
        // 解析 body 中的 key=value&key=value
        // 执行计算逻辑
        // 返回结果 HTML
    }
    return process_bad_request();
}

主程序入口

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

总结

本文详细讲解了 C++ 中 JSON 的处理方式及 HTTP 协议的核心概念，并通过 Socket 编程、线程池等技术实现了基础的 Web 服务器。涵盖了从网络通信底层到应用层协议解析的完整流程，适合深入理解 Linux 网络编程。