基于C語言的簡單HTTP Web服務器實現

1. 概述

本案例使用C語言實現了一個簡單的HTTP服務器，能夠處理客戶端的GET請求，并返回靜態文件（如HTML、圖片等）。在此案例中案例，我們主要使用的知識點有：

  • Socket編程：基于TCP協議的Socket通信。

  • HTTP協議：HTTP請求和響應的基本格式。

  • 多線程：使用多線程處理客戶端請求。

  • 文件操作：讀取本地文件并發送給客戶端。

  • MIME類型：根據文件擴展名設置正確的Content-Type。

2. 主要知識點

2.1 Socket編程

Socket是網絡通信的基礎，本案例使用Windows下的Socket API（winsock2.h）實現TCP通信。主要函數包括：

  • WSAStartup：初始化Winsock庫。

  • socket：創建套接字。

  • bind：綁定套接字到本地地址和端口。

  • listen：監聽客戶端連接。

  • accept：接受客戶端連接。

  • send/recv：發送和接收數據。

  • closesocket：關閉套接字。

2.2 HTTP協議

HTTP是一種無狀態的請求-響應協議。本案例實現了HTTP/1.0的基本功能：

  • 請求格式：

  • GET /path HTTP/1.0
Host: 127.0.0.1:8080

    響應格式：

  • HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/html<html>...</html>

    2.3 多線程

    為了支持多個客戶端同時連接，本案例使用Windows的CreateThread函數創建新線程處理每個客戶端請求。

2.4 文件操作

服務器需要讀取本地文件并發送給客戶端。本案例使用fopen、fread等函數操作文件。

2.5 MIME類型

根據文件擴展名設置正確的Content-Type，例如：

  • .html?->?text/html

  • .jpg?->?image/jpeg

  • .png?->?image/png

3. 實現思路

3.1 服務器啟動流程

  1. 初始化Winsock庫：調用WSAStartup初始化網絡通信。

  2. 創建套接字：調用socket創建TCP套接字。

  3. 綁定地址和端口：調用bind綁定套接字到本地地址和端口。

  4. 監聽連接：調用listen開始監聽客戶端連接。

  5. 接受連接：調用accept接受客戶端連接，并為每個連接創建新線程。

3.2 處理客戶端請求

  1. 讀取請求行：從客戶端讀取HTTP請求的第一行，解析請求方法和URL。

  2. 解析URL：根據URL確定請求的文件路徑。

  3. 檢查文件是否存在：使用stat函數檢查文件是否存在。

  4. 發送響應頭：根據文件類型設置Content-Type，并發送HTTP響應頭。

  5. 發送文件內容：讀取文件內容并發送給客戶端。

3.3 多線程處理

每個客戶端連接由一個獨立的線程處理，避免阻塞主線程。

4. 代碼細節分析

4.1 初始化網絡和創建套接字

int startup(unsigned short* port) {WSADATA wsaData;int ret = WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData);if (ret) {printf("初始化網絡通信失敗\n");return -1;}int server_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (server_sock == INVALID_SOCKET) {error_die("socket()失敗");}// 設置端口復用int opt = 1;setsockopt(server_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&opt, sizeof(opt));// 綁定地址和端口struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(*port);server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);ret = bind(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));if (ret == SOCKET_ERROR) {error_die("bind()失敗");}// 動態分配端口if (*port == 0) {int len = sizeof(server_addr);getsockname(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, &len);*port = ntohs(server_addr.sin_port);}// 監聽連接ret = listen(server_sock, 5);if (ret == SOCKET_ERROR) {error_die("listen()失敗");}return server_sock;
}

4.2 讀取HTTP請求

int get_line(int sock, char* buf, int size) {int i = 0;char c = 0;while (i < size - 1 && c != '\n') {int n = recv(sock, &c, 1, 0);if (n <= 0) break;if (c == '\r') {n = recv(sock, &c, 1, MSG_PEEK);if (n > 0 && c == '\n') recv(sock, &c, 1, 0);c = '\n';}buf[i++] = c;}buf[i] = '\0';return i;
}

4.3 處理客戶端請求

DWORD WINAPI accept_request(LPVOID arg) {int client = (SOCKET)arg;char buf[1024], method[255], url[255], path[255];int numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));// 解析請求方法和URLsscanf(buf, "%s %s", method, url);// 檢查請求方法if (_stricmp(method, "GET") && _stricmp(method, "POST")) {unimplemented(client);return 0;}// 構造文件路徑sprintf(path, "htdocs%s", url);if (path[strlen(path) - 1] == '/') strcat(path, "index.html");// 檢查文件是否存在struct stat st;if (stat(path, &st) == -1) {while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));not_found(client);} else {if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR) strcat(path, "/index.html");server_file(client, path);}closesocket(client);return 0;
}

4.4 發送文件內容

void cat(int client_sock, FILE* resource) {char buf[4096];int count = 0;while (1) {int ret = fread(buf, sizeof(char), sizeof(buf), resource);if (ret <= 0) break;send(client_sock, buf, ret, 0);count += ret;}printf("總共發送了%d字節\n", count);
}

5. 總結

? ? ? 通過這個案例，我們實現了一個簡單的HTTP服務器，支持靜態文件的請求和響應。核心知識點包括Socket編程、HTTP協議、多線程和文件操作。這個案例是學習網絡編程的入門項目，后續可以擴展支持更多功能，如POST請求、動態內容生成等。

靜態資源的訪問位置記得改成自己的，這是我存放的靜態資源位置。

如果edge瀏覽器訪問不了可以多刷新幾次，或者使用谷歌等其他瀏覽器。

如果通過路徑訪問的資源不存在，則返回404信息

案例完整代碼如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/stat.h> //訪問文件的屬性#define PRINTF(str) printf("[%s - %d] "#str" = %s\r\n",__func__,__LINE__,str);#define ISspace(x) isspace((int)(x))void error_die(const char* msg) {// 打印錯誤信息printf("%s\n", msg);// 退出程序exit(1);
}// 初始化網絡并創建服務端的套接字
int startup(unsigned short* port) {// 1. 網絡通信初始化WSADATA wsaData;int ret = WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData);if (ret) {printf("初始化網絡通信失敗\n");return -1;}// 2. 創建服務端的套接字int server_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (server_sock == INVALID_SOCKET) {error_die("socket()失敗");}// 設置端口號可復用int opt = 1;ret = setsockopt(server_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&opt, sizeof(opt));if (ret == -1) {error_die("setsockopt()失敗");}// 配置服務端套接字地址struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); // 清空結構體server_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族，這里是IPv4server_addr.sin_port = htons(*port); // 端口號server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // IP地址，這里是任意IP// 綁定套接字與服務端地址ret = bind(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));if (ret == SOCKET_ERROR) {error_die("bind()失敗");}// 動態分配一個端口號if (*port == 0) {int len = sizeof(struct sockaddr);getsockname(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, &len);*port = ntohs(server_addr.sin_port);}// 創建監聽隊列ret = listen(server_sock, 5);if (ret == SOCKET_ERROR) {error_die("listen()失敗");}return server_sock; // 返回server_sock而不是0
}//返回從套接字讀取一行信息，并把數據存入buf中
int get_line(int sock, char* buf, int size) {int i = 0;int n;char c = 0;while (i < size - 1 && c != '\n') {n = recv(sock, &c, 1, 0);if (n <= 0) {// 連接關閉或出錯，結束循環break;}if (c == '\r') {// 查看下一個字符是否是'\n'char next_char;n = recv(sock, &next_char, 1, MSG_PEEK);if (n > 0 && next_char == '\n') {// 讀取并消耗'\n'recv(sock, &next_char, 1, 0);}c = '\n'; // 統一轉換為換行符}buf[i++] = c;if (c == '\n') {break; // 換行符結束行讀取}}buf[i] = '\0'; // 添加字符串終止符return i; // 返回讀取的字符數（不含終止符）
}void unimplemented(int client_sock) {// 發送501響應char buf[1024];strcpy(buf, "HTTP/1.0 501 Method Not Implemented\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "Server: RockHTTP/0.1 libcurl/7.22.0\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "Content-Type: text/html\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);// 發送501頁面char unimplemented_html[] = "<HTML><HEAD><TITLE>Method Not Implemented</TITLE></HEAD><BODY><H1>501 Method Not Implemented</H1></BODY></HTML>";send(client_sock, unimplemented_html, strlen(unimplemented_html), 0);
}void not_found(int client_sock) {// 發送404響應char buf[1024];strcpy(buf, "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "Server: RockHTTP/0.1 libcurl/7.22.0\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);// 發送404頁面char not_found_html[] = "<HTML><HEAD><TITLE>Not Found</TITLE></HEAD><BODY><H1>404 Not Found</H1></BODY></HTML>";send(client_sock, not_found_html, strlen(not_found_html), 0);
}const char* get_content_type(const char* path) {const char* last_dot = strrchr(path, '.');if (last_dot) {if (strcmp(last_dot, ".html") == 0 || strcmp(last_dot, ".htm") == 0) {return "text/html";}else if (strcmp(last_dot, ".jpg") == 0 || strcmp(last_dot, ".jpeg") == 0) {return "image/jpeg";}else if (strcmp(last_dot, ".png") == 0) {return "image/png";}else if (strcmp(last_dot, ".gif") == 0) {return "image/gif";}else if (strcmp(last_dot, ".css") == 0) {return "text/css";}else if (strcmp(last_dot, ".js") == 0) {return "application/javascript";}}return "text/plain";
}void headers(int client_sock, const char* path) {// 發送HTTP頭部                         char buf[1024];strcpy(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);sprintf(buf, "Content-Type: %s\r\n", get_content_type(path));send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);strcpy(buf, "\r\n");send(client_sock, buf, strlen(buf), 0);
}void cat(int client_sock, FILE* resource) {char buf[4096];int count = 0;while (1) {int ret = fread(buf, sizeof(char), sizeof(buf), resource);if (ret <= 0) {break;}send(client_sock, buf, ret, 0);count += ret;}printf("總共發送了%d字節\n", count);
}void server_file(int client_sock, const char* fileName) {char numchars = 1;char buf[1024];// 將請求包剩余數據讀完，直到遇到換行符while (numchars > 0 && strcmp(buf, "\n")) {numchars = get_line(client_sock, buf, sizeof(buf));PRINTF(buf);}// 發送文件內容FILE* resource = fopen(fileName, "rb"); // 以二進制模式打開文件if (resource == NULL) {printf("文件打開失敗\n");not_found(client_sock);}else {// 返回數據給瀏覽器headers(client_sock, fileName);// 發送請求的資源cat(client_sock, resource);printf("資源發送完畢\n");}fclose(resource);
}// 處理客戶端的連接請求 
DWORD WINAPI accept_request(LPVOID arg) {char buf[1024];int numchars;char method[255];char url[255];char path[255];size_t i, j;struct stat st;int cgi = 0;int client = (SOCKET)arg;// 讀取一行信息numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));printf("read %d bytes of data from client\n", numchars);PRINTF(buf);char* query_string = NULL;i = 0; j = 0;while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(method) - 1)) {method[i] = buf[j];i++;j++;}method[i] = 0;  // 解析后， method的值："GET"或者"POST"PRINTF(method);// 判斷是否為GET或POST請求if (_stricmp(method, "GET") && _stricmp(method, "POST")) {unimplemented(client);return 0;}// 判斷是否為CGI請求if (_stricmp(method, "POST") == 0)cgi = 1;// 解析URL，獲得資源路徑i = 0;while (ISspace(buf[j]) && (j < sizeof(buf))) // 跳過buff中的空格j++;while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(url) - 1) && (j < sizeof(buf))) // 獲得資源url 比如 / 或者 /images/head.png{url[i] = buf[j];i++; j++;}url[i] = '\0';PRINTF(url);sprintf(path, "htdocs%s", url);if (path[strlen(path) - 1] == '/')strcat(path, "index.html"); // 如果路徑以"/"結尾，則認為是目錄，拼接上默認的HTML文件名PRINTF(path);struct stat status;// 檢查訪問的資源是否存在if (stat(path, &st) == -1) {  // stat獲取指定文件的屬性信息// 如果不能訪問它的屬性信息，那么這個文件就不存在// 此時，就需要把這個請求報文，讀完！雖然已經沒有用了，但是也要把這個報文讀完while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))  /* read & discard headers */numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));not_found(client);}else {// 如果瀏覽器的地址輸入：http://127.0.0.1:8000/movies // 如果movies是目錄，就默認訪問這個目錄下的index.htmlif ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)strcat(path, "/index.html");server_file(client, path);}closesocket(client);return 0;
}int main() {// httpd默認的端口是80，這里指定了8000端口，也可以使用其它端口unsigned short port = 8080;// 初始化網絡，并使用指定端口來創建服務端的套接字int server_sock = startup(&port);printf("httpd running on port %d\n", port);while (1) {// 等待客戶端的連接struct sockaddr_in client_addr;int client_len = sizeof(struct sockaddr);// 阻塞式等待客戶端的連接int client_sock = accept(server_sock, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);if (client_sock == -1) {error_die("accept"); // 打印錯誤信息并結束}// 創建一個線程來處理客戶端請求DWORD threadId = 0;HANDLE handleFirst = CreateThread(NULL, 0, accept_request, (void*)client_sock, 0, &threadId);if (handleFirst == NULL) {error_die("CreateThread()失敗");}}return 0;
}

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