从零开始实现 C++ TinyWebServer 处理请求 HttpRequest类详解

从零开始实现 C++ TinyWebServer 项目总览
项目源码

HTTP 请求报文

一个典型的 HTTP 请求包含请求行、请求头和请求体（可选）。

• 请求行：包含请求方法（如 GET、POST 等）、请求路径（如 /index.html）和 HTTP 版本（如 HTTP/1.1）。
• 请求头：包含多个键值对，用于传递额外的信息，如 Host、User-Agent 等。
• 请求体：通常在 POST 请求中使用，用于传递数据。

HttpRequest 类

在 Web 服务器中，HttpRequest类起着至关重要的作用，主要负责处理客户端发送的 HTTP 请求。具体来说，它承担了以下几个关键任务：

1. 请求解析：接收客户端发送的 HTTP 请求报文，并对其进行解析，将请求报文中的各个部分（如请求行、请求头、请求体等）提取出来，以便后续处理。
2. 状态管理：在解析过程中，通过状态机来管理解析的状态，确保解析过程的正确性和顺序性。
3. 请求处理：根据解析结果，进行相应的处理，例如处理 GET 请求、POST 请求等，并根据请求的内容和服务器的配置，决定如何响应客户端。

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进制转10进制static bool UserVerify(const std::string& name, const std::string& pwd, bool is_login);	// 验证用户bool ParseRequestLine(const std::string& line);	// 解析请求行void ParseHeader(const std::string& line);		// 解析请求头void ParseBody(const std::string& line);		// 解析请求体void ParsePath();	// 解析请求路径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 请求的头部信息std::unordered_map<std::string, std::string> post_;   // POST 请求的数据
};

实现 Init() 函数

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

实现 ParseRequestLine() 函数

• 使用正则表达式^([^ ]*) ([^ ]*) HTTP/([^ ]*)$以及std::regex_match来匹配请求行。
• 若匹配成功，将匹配结果分别存储到method_、path_和version_中，并将解析状态设置为HEADERS，表示接下来要解析请求头，返回true。

bool HttpRequest::ParseRequestLine(const std::string& line) {// GET /index.html HTTP/1.1std::regex patten("^([^ ]*) ([^ ]*) HTTP/([^ ]*)$");std::smatch match;// 匹配指定字符串整体是否符合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;
}

实现 ParseHeader() 函数

• 如果路径为/，则将其修改为/index.html。
• 否则，检查路径是否在DEFAULT_HTML中，如果存在则在路径后面添加.html后缀。

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;}
}

实现 ParsePath() 函数

• 如果路径为/，则将其修改为/index.html。
• 否则，检查路径是否在DEFAULT_HTML中，如果存在则在路径后面添加.html后缀

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

实现 ParseBody() 函数

• 将请求体内容存储到body_中。
• 调用ParsePost函数处理 POST 请求数据。
• 将解析状态设置为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());
}

实现 ParsePost() 函数

• 检查请求方法是否为POST，并且请求头中的Content-Type是否为application/x-www-form-urlencoded。
• 如果满足条件，调用ParseFromUrlencoded函数解析 URL 编码的请求体。
• 检查路径是否为登录或注册相关路径，如果是则调用UserVerify函数，进行用户验证，根据验证结果设置相应的跳转路径。

void HttpRequest::ParsePost() {if (method_ == "POST" && header_["Content-Type"] == "application/x-www-form-urlencoded") {ParseFromUrlEncoded();if (DEFAULT_HTML_TAG.count(path_)) { // 登录/注册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";}}}
}

实现 ParseFromUrlEncoded() 函数

• 首先检查请求体是否为空，如果为空则直接返回。
• 遍历请求体字符串，根据不同的字符进行不同的处理：
  • 遇到=，将之前的字符作为键存储到key中，并更新起始位置j。
  • 遇到&，将之前的字符作为值存储到value中，并将键值对存储到post_容器中，同时更新起始位置j。
  • 遇到+，将其替换为空格。
  • 遇到%，将其后的两个十六进制字符转换为十进制整数，并更新请求体内容。
• 最后处理剩余的键值对。

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 '=': // 获取键值对key = body_.substr(j, i - j); j = i + 1;break;case '&': // 获取键值对value = body_.substr(j, i - j);j = i + 1;post_[key] = value;LOG_DEBUG("%s = %s", key.c_str(), value.c_str());break;case '+': // 替换为空格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;}
}

实现 UserVerify() 函数

• 首先检查用户名和密码是否为空，如果为空则返回false。
• 使用SqlConnRAII管理数据库连接，构造查询语句，查询数据库中是否存在该用户名。
• 如果是登录行为，比较输入的密码和数据库中的密码是否一致，一致则验证成功。
• 如果是注册行为，检查用户名是否已被使用，若未被使用则将用户信息插入数据库。

// 验证用户的用户名和密码
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;      // 查询结果集if (!is_login) // 注册flag = true;snprintf(order, 256, "SELECT username, password FROM User WHERE username='%s' LIMIT 1", name.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);// 查询用户信息if (mysql_query(sql, order)) {if (res)mysql_free_result(res); // 查询失败，释放结果集return false;}res = mysql_store_result(sql);   // 存储查询结果到res中// 处理查询结果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);// 注册（用户名未被使用）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;
}

实现 Parse() 函数

• 首先检查Buffer中是否有可读数据，如果没有则返回false。

• 循环读取Buffer中的数据，直到没有可读数据或者解析状态为FINISH。

• 利用search函数查找\r\n来确定每行数据的结束位置，将每行数据提取出来存为line。

• 根据当前解析状态state_的不同，调用不同的解析函数进行处理：

  • 若为REQUEST_LINE状态，调用ParseRequestLine_解析请求行，若解析失败则返回false，成功则继续解析路径。
  • 若为HEADERS状态，调用ParseHeader_解析请求头，若Buffer中剩余可读字节小于等于 2，则认为是 GET 请求，将状态设置为FINISH。
  • 若为BODY状态，调用ParseBody_解析请求体。

• 如果lineend到达Buffer的写指针位置，说明数据读完，调用buff.RetrieveAll()清空Buffer，并跳出循环；否则跳过\r\n继续解析。

• 最后记录解析出的请求方法、路径和版本信息，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，首次出现"\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请求，提前结束state_ = FINISH;break;case BODY:ParseBody(line);break;default:break;}if (line_end == buff.WriteBegin()) { // 读完了buff.RetrieveAll();break;}buff.RetrieveUntil(line_end + 2); // 跳过回车换行}LOG_DEBUG("[%s] [%s] [%s]", method_ .c_str(), path_.c_str(), version_.c_str());return true;
}

HttpRequest 代码

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> // 正则表达式
#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 请求的头部信息std::unordered_map<std::string, std::string> post_;   // POST 请求的数据
};#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"
};// 登录/注册
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_)) { // 登录/注册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进制转10进制
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 '=': // 获取键值对key = body_.substr(j, i - j); j = i + 1;break;case '&': // 获取键值对value = body_.substr(j, i - j);j = i + 1;post_[key] = value;LOG_DEBUG("%s = %s", key.c_str(), value.c_str());break;case '+': // 替换为空格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";}
}// 验证用户的用户名和密码
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;      // 查询结果集if (!is_login) // 注册flag = true;snprintf(order, 256, "SELECT username, password FROM User WHERE username='%s' LIMIT 1", name.c_str());LOG_DEBUG("%s", order);// 查询用户信息if (mysql_query(sql, order)) {if (res)mysql_free_result(res); // 查询失败，释放结果集return false;}res = mysql_store_result(sql);   // 存储查询结果到res中// 处理查询结果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);// 注册（用户名未被使用）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，首次出现"\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请求，提前结束state_ = FINISH;break;case BODY:ParseBody(line);break;default:break;}if (line_end == buff.WriteBegin()) { // 读完了buff.RetrieveAll();break;}buff.RetrieveUntil(line_end + 2); // 跳过回车换行}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属性，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 测试

测试HttpRequest的，解析，注册，登录功能

#include "../code/http/http_request.h"
#include <iostream>void TestHttpRequest() {// 初始化日志系统Log* logger = Log::GetInstance();logger->Init(0, "./logs/", ".log", 1024);// 初始化测试HttpRequest request;// 初始化数据库连接池SqlConnectPool* conn_pool = SqlConnectPool::GetInstance();conn_pool->Init("localhost", 3306, "Tian", "123456", "web_server", 10);// 解析请求测试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);// 访问器方法测试assert(request.Method() == "GET");assert(request.Path() == "/index.html");assert(request.Version() == "1.1");// 模拟注册 POST 请求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 数据获取测试// 模拟登录 POST 请求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)# 设置 C++ 标准和编译器选项
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")# 定义公共源文件和特定文件
set(COMMON_SOURCES ../code/buffer/buffer.cc ../code/log/log.cc)
set(HTTP_SOURCE ../code/http/http_request.cc)
set(POOL_SOURCE ../code/pool/sql_connect_pool.cc)# 查找 MySQL 库
find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(MYSQL REQUIRED mysqlclient)
# 包含 MySQL 头文件目录
include_directories(${MYSQL_INCLUDE_DIR})# 添加可执行文件
add_executable(http_request_test http_request_test.cc ${COMMON_SOURCES} ${HTTP_SOURCE} ${POOL_SOURCE})
# 链接库
target_link_libraries(http_request_test ${MYSQL_LIBRARIES})

return 0;
}

**CMakeLists.txt**```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(tests)# 设置 C++ 标准和编译器选项
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -Wextra")# 定义公共源文件和特定文件
set(COMMON_SOURCES ../code/buffer/buffer.cc ../code/log/log.cc)
set(HTTP_SOURCE ../code/http/http_request.cc)
set(POOL_SOURCE ../code/pool/sql_connect_pool.cc)# 查找 MySQL 库
find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(MYSQL REQUIRED mysqlclient)
# 包含 MySQL 头文件目录
include_directories(${MYSQL_INCLUDE_DIR})# 添加可执行文件
add_executable(http_request_test http_request_test.cc ${COMMON_SOURCES} ${HTTP_SOURCE} ${POOL_SOURCE})
# 链接库
target_link_libraries(http_request_test ${MYSQL_LIBRARIES})