從零開始實現 C++ TinyWebServer 項目總覽
項目源碼

HTTP 請求報文

一個典型的 HTTP 請求包含請求行、請求頭和請求體（可選）。

• 請求行：包含請求方法（如 GET、POST 等）、請求路徑（如 /index.html）和 HTTP 版本（如 HTTP/1.1）。
• 請求頭：包含多個鍵值對，用于傳遞額外的信息，如 Host、User-Agent 等。
• 請求體：通常在 POST 請求中使用，用于傳遞數據。

HttpRequest 類

在 Web 服務器中，HttpRequest類起著至關重要的作用，主要負責處理客戶端發送的 HTTP 請求。具體來說，它承擔了以下幾個關鍵任務：

1. 請求解析：接收客戶端發送的 HTTP 請求報文，并對其進行解析，將請求報文中的各個部分（如請求行、請求頭、請求體等）提取出來，以便后續處理。
2. 狀態管理：在解析過程中，通過狀態機來管理解析的狀態，確保解析過程的正確性和順序性。
3. 請求處理：根據解析結果，進行相應的處理，例如處理 GET 請求、POST 請求等，并根據請求的內容和服務器的配置，決定如何響應客戶端。

class HttpRequest {
public:enum PARSE_STATE {REQUEST_LINE,HEADERS,BODY,FINISH};HttpRequest() { Init(); }~HttpRequest() = default;void Init();bool Parse(Buffer& buff);std::string Method() const;std::string Path() const;std::string& Path();std::string Version() const;std::string GetPost(const std::string& key) const;std::string GetPost(const char* key) const;bool IsKeepAlive() const;private:static int ConverHex(char ch);	// 16進制轉10進制static bool UserVerify(const std::string& name, const std::string& pwd, bool is_login);	// 驗證用戶bool ParseRequestLine(const std::string& line);	// 解析請求行void ParseHeader(const std::string& line);		// 解析請求頭void ParseBody(const std::string& line);		// 解析請求體void ParsePath();	// 解析請求路徑void ParsePost();	// 解析Post事件void ParseFromUrlEncoded();	// 解析urlstatic const std::unordered_set<std::string> DEFAULT_HTML;static const std::unordered_map<std::string, int> DEFAULT_HTML_TAG;PARSE_STATE state_;std::string method_;std::string path_;std::string version_;std::string body_;std::unordered_map<std::string, std::string> header_; // HTTP 請求的頭部信息std::unordered_map<std::string, std::string> post_;   // POST 請求的數據
};

實現 Init() 函數

void HttpRequest::Init() {state_ = REQUEST_LINE;method_ = path_ = version_ = body_ = "";header_.clear();post_.clear();
}

實現 ParseRequestLine() 函數

• 使用正則表達式^([^ ]*) ([^ ]*) HTTP/([^ ]*)$以及std::regex_match來匹配請求行。
• 若匹配成功，將匹配結果分別存儲到method_、path_和version_中，并將解析狀態設置為HEADERS，表示接下來要解析請求頭，返回true。

bool HttpRequest::ParseRequestLine(const std::string& line) {// GET /index.html HTTP/1.1std::regex patten("^([^ ]*) ([^ ]*) HTTP/([^ ]*)$");std::smatch match;// 匹配指定字符串整體是否符合if (std::regex_match(line, match, patten)) { method_ = match[1];path_ = match[2];version_ = match[3];state_ = HEADERS;return true;} LOG_ERROR("RequestLine Error"); return false;
}

實現 ParseHeader() 函數

• 如果路徑為/，則將其修改為/index.html。
• 否則，檢查路徑是否在DEFAULT_HTML中，如果存在則在路徑后面添加.html后綴。

void HttpRequest::ParseHeader(const std::string& line) {std::regex patten("^([^:]*): ?(.*)$");std::smatch match;if (std::regex_match(line, match, patten)) {header_[match[1]] = match[2];} else {state_ = BODY;}
}

實現 ParsePath() 函數

• 如果路徑為/，則將其修改為/index.html。
• 否則，檢查路徑是否在DEFAULT_HTML中，如果存在則在路徑后面添加.html后綴

void HttpRequest::ParsePath() {if (path_ == "/") {path_ = "/index.html";} else {if (DEFAULT_HTML.find(path_) != DEFAULT_HTML.end())path_ += ".html";}
}

實現 ParseBody() 函數

• 將請求體內容存儲到body_中。
• 調用ParsePost函數處理 POST 請求數據。
• 將解析狀態設置為FINISH，表示解析完成。

void HttpRequest::ParseBody(const std::string& line) {body_ = line;ParsePost();    state_ = FINISH;LOG_DEBUG("Body: %s, len: %d", line.c_str(), line.size());
}

實現 ParsePost() 函數

• 檢查請求方法是否為POST，并且請求頭中的Content-Type是否為application/x-www-form-urlencoded。
• 如果滿足條件，調用ParseFromUrlencoded函數解析 URL 編碼的請求體。
• 檢查路徑是否為登錄或注冊相關路徑，如果是則調用UserVerify函數，進行用戶驗證，根據驗證結果設置相應的跳轉路徑。

void HttpRequest::ParsePost() {if (method_ == "POST" && header_["Content-Type"] == "application/x-www-form-urlencoded") {ParseFromUrlEncoded();if (DEFAULT_HTML_TAG.count(path_)) { // 登錄/注冊int tag = DEFAULT_HTML_TAG.find(path_)->second;LOG_DEBUG("Tag: %d", tag);if (tag == 0 || tag == 1) {bool is_login = (tag == 1);if (UserVerify(post_["username"], post_["password"], is_login))path_ = "/welcome.html";elsepath_ = "/error.html";}}}
}

實現 ParseFromUrlEncoded() 函數

• 首先檢查請求體是否為空，如果為空則直接返回。
• 遍歷請求體字符串，根據不同的字符進行不同的處理：
  • 遇到=，將之前的字符作為鍵存儲到key中，并更新起始位置j。
  • 遇到&，將之前的字符作為值存儲到value中，并將鍵值對存儲到post_容器中，同時更新起始位置j。
  • 遇到+，將其替換為空格。
  • 遇到%，將其后的兩個十六進制字符轉換為十進制整數，并更新請求體內容。
• 最后處理剩余的鍵值對。

void HttpRequest::ParseFromUrlEncoded() {if (body_.size() == 0)return;std::string key, value;int num = 0;int n = body_.size();int i = 0, j = 0;while (i < n) {char ch = body_[i];// username=john%20doe&password=123456switch (ch) {case '=': // 獲取鍵值對key = body_.substr(j, i - j); j = i + 1;break;case '&': // 獲取鍵值對value = body_.substr(j, i - j);j = i + 1;post_[key] = value;LOG_DEBUG("%s = %s", key.c_str(), value.c_str());break;case '+': // 替換為空格body_[i] = ' ';break;case '%':num = ConverHex(body_[i + 1]) * 16 + ConverHex(body_[i + 2]);body_[i + 2] = num % 10 + '0';body_[i + 1] = num / 10 + '0';i += 2;break;default:break;}i++;}assert(j <= i);if (post_.count(key) == 0 && j < i) {value = body_.substr(j, i - j);post_[key] = value;}
}

實現 UserVerify() 函數

• 首先檢查用戶名和密碼是否為空，如果為空則返回false。
• 使用SqlConnRAII管理數據庫連接，構造查詢語句，查詢數據庫中是否存在該用戶名。
• 如果是登錄行為，比較輸入的密碼和數據庫中的密碼是否一致，一致則驗證成功。
• 如果是注冊行為，檢查用戶名是否已被使用，若未被使用則將用戶信息插入數據庫。

// 驗證用戶的用戶名和密碼
bool HttpRequest::UserVerify(const std::string& name, const std::string& pwd, bool is_login) {if (name == "" || pwd == "")return false;LOG_INFO("Verify name: %s pwd: %s", name.c_str(), pwd.c_str());MYSQL* sql;SqlConnectRAII(&sql, SqlConnectPool::GetInstance());assert(sql);bool flag = false;char order[256] = {0};MYSQL_RES* res = nullptr;      // 查詢結果集if (!is_login) // 注冊flag = true;snprintf(order, 256, "SELECT username, password FROM User WHERE username='%s' LIMIT 1", name.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);// 查詢用戶信息if (mysql_query(sql, order)) {if (res)mysql_free_result(res); // 查詢失敗，釋放結果集return false;}res = mysql_store_result(sql);   // 存儲查詢結果到res中// 處理查詢結果while (MYSQL_ROW row = mysql_fetch_row(res)) {LOG_DEBUG("MYSQL ROW: %s %s", row[0], row[1]);std::string password = row[1];if (is_login) {if (pwd == password) {flag = true;} else {flag = false;LOG_INFO("pwd error!");}} else {flag = false;LOG_INFO("user used!");}}mysql_free_result(res);// 注冊（用戶名未被使用）if (!is_login && flag) {LOG_DEBUG("register");bzero(order, 256);snprintf(order, 256, "INSERT INTO User(username, password) VALUES('%s', '%s')", name.c_str(), pwd.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);if (mysql_query(sql, order)) {LOG_ERROR("MySQL insert fail: Error: %s", mysql_error(sql));flag = false;} else {LOG_DEBUG("UserVerify success!");flag = true;}}return flag;
}

實現 Parse() 函數

• 首先檢查Buffer中是否有可讀數據，如果沒有則返回false。

• 循環讀取Buffer中的數據，直到沒有可讀數據或者解析狀態為FINISH。

• 利用search函數查找\r\n來確定每行數據的結束位置，將每行數據提取出來存為line。

• 根據當前解析狀態state_的不同，調用不同的解析函數進行處理：

  • 若為REQUEST_LINE狀態，調用ParseRequestLine_解析請求行，若解析失敗則返回false，成功則繼續解析路徑。
  • 若為HEADERS狀態，調用ParseHeader_解析請求頭，若Buffer中剩余可讀字節小于等于 2，則認為是 GET 請求，將狀態設置為FINISH。
  • 若為BODY狀態，調用ParseBody_解析請求體。

• 如果lineend到達Buffer的寫指針位置，說明數據讀完，調用buff.RetrieveAll()清空Buffer，并跳出循環；否則跳過\r\n繼續解析。

• 最后記錄解析出的請求方法、路徑和版本信息，并返回true表示解析成功。

bool HttpRequest::Parse(Buffer& buff) {const char* END = "\r\n";if (buff.ReadableBytes() == 0)return false;while (buff.ReadableBytes() && state_ != FINISH) {// 找到buff中，首次出現"\r\n"的位置const char* line_end = std::search(buff.ReadBegin(), buff.WriteBeginConst(), END, END + 2);string line(buff.ReadBegin(), line_end);switch (state_) {case REQUEST_LINE:if (ParseRequestLine(line) == false)return false;ParsePath();break;case HEADERS:ParseHeader(line);if (buff.ReadableBytes() <= 2) // get請求，提前結束state_ = FINISH;break;case BODY:ParseBody(line);break;default:break;}if (line_end == buff.WriteBegin()) { // 讀完了buff.RetrieveAll();break;}buff.RetrieveUntil(line_end + 2); // 跳過回車換行}LOG_DEBUG("[%s] [%s] [%s]", method_ .c_str(), path_.c_str(), version_.c_str());return true;
}

HttpRequest 代碼

http_request.h

#ifndef HTTP_REQUEST_H
#define HTTP_REQUEST_H#include <cstring>
#include <string>
#include <unordered_set>
#include <unordered_map>
#include <algorithm>
#include <regex> // 正則表達式
#include <mysql/mysql.h>#include "../buffer/buffer.h"
#include "../log/log.h"
#include "../pool/sql_connect_pool.h"class HttpRequest {
public:enum PARSE_STATE {REQUEST_LINE,HEADERS,BODY,FINISH};HttpRequest() { Init(); }~HttpRequest() = default;void Init();bool Parse(Buffer& buff);std::string Method() const;std::string Path() const;std::string& Path();std::string Version() const;std::string GetPost(const std::string& key) const;std::string GetPost(const char* key) const;bool IsKeepAlive() const;private:static int ConverHex(char ch);static bool UserVerify(const std::string& name, const std::string& pwd, bool is_login);bool ParseRequestLine(const std::string& line);void ParseHeader(const std::string& line);void ParseBody(const std::string& line);void ParsePath();void ParsePost();void ParseFromUrlEncoded();static const std::unordered_set<std::string> DEFAULT_HTML;static const std::unordered_map<std::string, int> DEFAULT_HTML_TAG;PARSE_STATE state_;std::string method_;std::string path_;std::string version_;std::string body_;std::unordered_map<std::string, std::string> header_; // HTTP 請求的頭部信息std::unordered_map<std::string, std::string> post_;   // POST 請求的數據
};#endif // HTTP_REQUEST_H

http_request.cc

#include "http_request.h"const std::unordered_set<std::string> HttpRequest::DEFAULT_HTML {"/index", "/register", "/login", "/welcome", "/video", "/picture"
};// 登錄/注冊
const std::unordered_map<std::string, int> HttpRequest::DEFAULT_HTML_TAG {{"/login.html", 1}, {"/register.html", 0}
};void HttpRequest::Init() {state_ = REQUEST_LINE;method_ = path_ = version_ = body_ = "";header_.clear();post_.clear();
}bool HttpRequest::ParseRequestLine(const std::string& line) {// GET /index.html HTTP/1.1std::regex patten("^([^ ]*) ([^ ]*) HTTP/([^ ]*)$");std::smatch match;if (std::regex_match(line, match, patten)) {method_ = match[1];path_ = match[2];version_ = match[3];state_ = HEADERS;return true;} LOG_ERROR("RequestLine Error"); return false;
}void HttpRequest::ParseHeader(const std::string& line) {std::regex patten("^([^:]*): ?(.*)$");std::smatch match;if (std::regex_match(line, match, patten)) {header_[match[1]] = match[2];} else {state_ = BODY;}
}void HttpRequest::ParseBody(const std::string& line) {body_ = line;ParsePost();    state_ = FINISH;LOG_DEBUG("Body: %s, len: %d", line.c_str(), line.size());
}void HttpRequest::ParsePost() {if (method_ == "POST" && header_["Content-Type"] == "application/x-www-form-urlencoded") {ParseFromUrlEncoded();if (DEFAULT_HTML_TAG.count(path_)) { // 登錄/注冊int tag = DEFAULT_HTML_TAG.find(path_)->second;LOG_DEBUG("Tag: %d", tag);if (tag == 0 || tag == 1) {bool is_login = (tag == 1);if (UserVerify(post_["username"], post_["password"], is_login))path_ = "/welcome.html";elsepath_ = "/error.html";}}}
}// 16進制轉10進制
int HttpRequest::ConverHex(char ch) {if (ch >= 'A' && ch <= 'F')return ch - 'A' + 10;if (ch >= 'a' && ch <= 'f')return ch - 'a' + 10;return ch;
}void HttpRequest::ParseFromUrlEncoded() {if (body_.size() == 0)return;std::string key, value;int num = 0;int n = body_.size();int i = 0, j = 0;while (i < n) {char ch = body_[i];// username=john%20doe&password=123456switch (ch) {case '=': // 獲取鍵值對key = body_.substr(j, i - j); j = i + 1;break;case '&': // 獲取鍵值對value = body_.substr(j, i - j);j = i + 1;post_[key] = value;LOG_DEBUG("%s = %s", key.c_str(), value.c_str());break;case '+': // 替換為空格body_[i] = ' ';break;case '%':num = ConverHex(body_[i + 1]) * 16 + ConverHex(body_[i + 2]);body_[i + 2] = num % 10 + '0';body_[i + 1] = num / 10 + '0';i += 2;break;default:break;}i++;}assert(j <= i);if (post_.count(key) == 0 && j < i) {value = body_.substr(j, i - j);post_[key] = value;}
}void HttpRequest::ParsePath() {if (path_ == "/") {path_ = "/index.html";} else {if (DEFAULT_HTML.find(path_) != DEFAULT_HTML.end())path_ += ".html";}
}// 驗證用戶的用戶名和密碼
bool HttpRequest::UserVerify(const std::string& name, const std::string& pwd, bool is_login) {if (name == "" || pwd == "")return false;LOG_INFO("Verify name: %s pwd: %s", name.c_str(), pwd.c_str());MYSQL* sql;SqlConnectRAII(&sql, SqlConnectPool::GetInstance());assert(sql);bool flag = false;char order[256] = {0};MYSQL_RES* res = nullptr;      // 查詢結果集if (!is_login) // 注冊flag = true;snprintf(order, 256, "SELECT username, password FROM User WHERE username='%s' LIMIT 1", name.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);// 查詢用戶信息if (mysql_query(sql, order)) {if (res)mysql_free_result(res); // 查詢失敗，釋放結果集return false;}res = mysql_store_result(sql);   // 存儲查詢結果到res中// 處理查詢結果while (MYSQL_ROW row = mysql_fetch_row(res)) {LOG_DEBUG("MYSQL ROW: %s %s", row[0], row[1]);std::string password = row[1];if (is_login) {if (pwd == password) {flag = true;} else {flag = false;LOG_INFO("pwd error!");}} else {flag = false;LOG_INFO("user used!");}}mysql_free_result(res);// 注冊（用戶名未被使用）if (!is_login && flag) {LOG_DEBUG("register");bzero(order, 256);snprintf(order, 256, "INSERT INTO User(username, password) VALUES('%s', '%s')", name.c_str(), pwd.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);if (mysql_query(sql, order)) {LOG_ERROR("MySQL insert fail: Error: %s", mysql_error(sql));flag = false;} else {LOG_DEBUG("UserVerify success!");flag = true;}}return flag;
}bool HttpRequest::Parse(Buffer& buff) {const char* END = "\r\n";if (buff.ReadableBytes() == 0)return false;while (buff.ReadableBytes() && state_ != FINISH) {// 找到buff中，首次出現"\r\n"的位置const char* line_end = std::search(buff.ReadBegin(), buff.WriteBeginConst(), END, END + 2);string line(buff.ReadBegin(), line_end);switch (state_) {case REQUEST_LINE:if (ParseRequestLine(line) == false)return false;ParsePath();break;case HEADERS:ParseHeader(line);if (buff.ReadableBytes() <= 2) // get請求，提前結束state_ = FINISH;break;case BODY:ParseBody(line);break;default:break;}if (line_end == buff.WriteBegin()) { // 讀完了buff.RetrieveAll();break;}buff.RetrieveUntil(line_end + 2); // 跳過回車換行}LOG_DEBUG("[%s] [%s] [%s]", method_ .c_str(), path_.c_str(), version_.c_str());return true;
}std::string HttpRequest::Method() const {return method_;
}std::string HttpRequest::Path() const {return path_;
}std::string& HttpRequest::Path() {return path_;
}std::string HttpRequest::Version() const {return version_;
}std::string HttpRequest::GetPost(const std::string& key) const {if (post_.count(key) == 1)// return post_[key]; post_有const屬性，所以不能用[]return post_.find(key)->second;return "";
}std::string HttpRequest::GetPost(const char* key) const {assert(key != nullptr);if (post_.count(key) == 1)return post_.find(key)->second;return "";
}bool HttpRequest::IsKeepAlive() const {if (header_.count("Connect") == 1) return header_.find("Connect")->second == "keep-alive" && version_ == "1.1";return false;
}

HttpRequest 測試

測試HttpRequest的，解析，注冊，登錄功能

#include "../code/http/http_request.h"
#include <iostream>void TestHttpRequest() {// 初始化日志系統Log* logger = Log::GetInstance();logger->Init(0, "./logs/", ".log", 1024);// 初始化測試HttpRequest request;// 初始化數據庫連接池SqlConnectPool* conn_pool = SqlConnectPool::GetInstance();conn_pool->Init("localhost", 3306, "Tian", "123456", "web_server", 10);// 解析請求測試std::string http_request = "GET /index.html HTTP/1.1\r\n""Host: example.com\r\n""Connection: keep-alive\r\n""\r\n";Buffer buff;buff.Append(http_request);bool parseResult = request.Parse(buff);assert(parseResult);// 訪問器方法測試assert(request.Method() == "GET");assert(request.Path() == "/index.html");assert(request.Version() == "1.1");// 模擬注冊 POST 請求std::string register_request = "POST /register.html HTTP/1.1\r\n""Host: example.com\r\n""Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\n""Content-Length: 23\r\n""\r\n""username=test&password=123456";request.Init();buff.Append(register_request);parseResult = request.Parse(buff);assert(parseResult);assert(request.Method() == "POST");assert(request.Path() == "/welcome.html");assert(request.Version() == "1.1");assert(request.GetPost("username") == "test");assert(request.GetPost("password") == "123456");// Post 數據獲取測試// 模擬登錄 POST 請求std::string login_request = "POST /login HTTP/1.1\r\n""Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\n""Content-Length: 19\r\n""\r\n""username=test&password=123456""\r\n";buff.Append(login_request);request.Init();parseResult = request.Parse(buff);assert(parseResult);assert(request.Method() == "POST");assert(request.Path() == "/welcome.html");assert(request.Version() == "1.1");assert(request.GetPost("username") == "test");assert(request.GetPost("password") == "123456");std::cout << "All tests passed!" << std::endl;
}int main() {TestHttpRequest();return 0;
}

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(tests)# 設置 C++ 標準和編譯器選項
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")# 定義公共源文件和特定文件
set(COMMON_SOURCES ../code/buffer/buffer.cc ../code/log/log.cc)
set(HTTP_SOURCE ../code/http/http_request.cc)
set(POOL_SOURCE ../code/pool/sql_connect_pool.cc)# 查找 MySQL 庫
find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(MYSQL REQUIRED mysqlclient)
# 包含 MySQL 頭文件目錄
include_directories(${MYSQL_INCLUDE_DIR})# 添加可執行文件
add_executable(http_request_test http_request_test.cc ${COMMON_SOURCES} ${HTTP_SOURCE} ${POOL_SOURCE})
# 鏈接庫
target_link_libraries(http_request_test ${MYSQL_LIBRARIES})

return 0;
}

**CMakeLists.txt**```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(tests)# 設置 C++ 標準和編譯器選項
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")# 定義公共源文件和特定文件
set(COMMON_SOURCES ../code/buffer/buffer.cc ../code/log/log.cc)
set(HTTP_SOURCE ../code/http/http_request.cc)
set(POOL_SOURCE ../code/pool/sql_connect_pool.cc)# 查找 MySQL 庫
find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(MYSQL REQUIRED mysqlclient)
# 包含 MySQL 頭文件目錄
include_directories(${MYSQL_INCLUDE_DIR})# 添加可執行文件
add_executable(http_request_test http_request_test.cc ${COMMON_SOURCES} ${HTTP_SOURCE} ${POOL_SOURCE})
# 鏈接庫
target_link_libraries(http_request_test ${MYSQL_LIBRARIES})