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C语言手写HTTPD网站服务器

网站服务器（HTTPD）已经有很多版本，但是大部分对初学者都非常不友好。适合初学者学习的httpd服务器，最负盛名的当数tinyhttpd, 但是这个版本，是基于Linux系统的，而且配套的CGI也是使用perl语言写的，直接劝退了大部分想学后端开发的初学者。基于此，特意写了这个小项目，让只有C语言基础的初学者，就可以直接手写后端服务器，快速提升C语言和网络开发技能。

这个项目是基于tinyhttpd改写的，解决了以下问题：

1. 解决了tinyhttpd服务器只支持html纯文本的问题，添加了支持图片文件和JS脚本的问题，可以直接支持各种复杂的网页。

2. 使用C语言实现了CGI功能。tinyhttpd服务器的CGI是perl脚本实现的，对于C/C++初学者不友好，用C语言实现CGI功能，可以更加深刻的理解动态网站的实现原理和实现方法。

3. 解决和tineyhttpd服务器中文显示的问题，完美支持GET和POST的中文字符。

4. 本项目直接使用Window系统实现，C/C++初学者可以零障碍掌握学习。tinyhttpd服务器是基于Linux系统的，而大部分初学者对Linux系统并不熟悉。

5. 本项目在最后使用内网穿透，把自己的网站零成本的分享给自己的同学朋友。
项目效果：点这里看本教程配套视频

项目准备

Windows系统
vs2019或者任意其它版本的vs
创建项目

创建项目

使用任意版本的VS或者VC++，创建一个空项目。

创建服务器端的套接字

基于网络的通信，需要先创建“套接字”。“套接字”这个专业术语，非常古怪，被很多人吐槽。我们不要深究它为什么叫这个名字，我们只需要了解“套接字”的作用即可。

套接字，就相当于一个“网络插座”，通过网络进行通信，就是通过这个“插座”收发信息的，相当于一个电话机的电话线插槽。

在创建服务器时，还必须要指定一个端口号。当一台服务器，同时对外提供多种服务时，比如WEB服务，远程登录服务等等，就需要使用“端口号”，对不同的服务进行区别。每个服务，都有自己唯一的端口号。

但是，服务器端在网站访问服务之前，需要创建“套接字”。

#include 
 
// 初始化网络并创建服务端的套接字
int startup(unsigned short* port)
{
    return 0;
}
 
int main(void)
{
    //httpd默认的端口是80，这里指定了8000端口，也可以使用其它端口
    unsigned short port = 8000;  
 
    // 初始化网络，并使用指定端口来创建服务端的套接字
    int server_sock = startup(&port);
    printf("httpd running on port %d\n", port);
 
    return(0);
}

以上代码，只是写了函数接口，还没有真正创建套接字。马上做详细的实现。

执行WEB服务前的准备工作

在接受浏览器前端的网页请求之前，服务器端需要做一些准备工作，流程如下：（详细详解可以参考本教程配套的分享视频）

代码实现如下：

#include 
#include 
#pragma comment (lib, "WS2_32.lib")
 
void error_die(const char* sc)
{
    perror(sc);
    exit(1);
}
 
// 初始化网络并创建服务端的套接字
int startup(unsigned short* port)
{
    // 网络协议初始化
    
    WSADATA wsaData; // 网络通信相关的版本等信息
 
    // 在windows系统使用网络通信，必须先进行网络协议初始化（Linux系统不需要）
    int ret = WSAStartup( // WSAStartup 网络通信初始化，
        MAKEWORD(1, 1),   // 指定使用Windows Sockets规范的1.1版本
        &wsaData);        // 存储初始化后的版本等信息
    if (ret != 0) {
        return false;
    }
 
    int server_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (server_socket == -1) {
        error_die("socket");
    }
 
    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);
 
 
    // 端口复用
    int opt = 1;
    ret = setsockopt(server_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&opt, sizeof(opt));
    if (ret == -1) {
        error_die("setsockopt");
    }
 
    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        error_die("[bind]");
    }
 
    // 动态分配端口
    if (*port == 0) {
        int namelen = sizeof(server_addr);
        if (getsockname(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, &namelen) == -1) {
            error_die("getsockname");
        }
        *port = ntohs(server_addr.sin_port);
    }
 
    if (listen(server_socket, 5) < 0) {
        error_die("listen");
    }
 
    return(server_socket);
}

接收浏览器的WEB请求

我们的httpd web服务器准备好以后，就可以接受来自前端浏览器的网页访问请求了。
我们先来看一下浏览器访问网站的完整流程：

处理浏览器请求的框架

因为可能有多个用户同时发起请求，为了更快的处理网页请求，这里使用多线程技术。流程如下：

服务端收到浏览器的请求后，accept函数会返回一个“客户端套接字”，这个套接字对应于这个浏览器客户端。以后服务器就通过这个“客户端套接字”和对应的浏览器通信。此时，服务器端有两种套接字：

服务器端套接字：用来等待新的浏览器客户端的发起请求，收到请求后，返回一个客户端套接字。
客户端套接字：用来和对应的浏览器客户端通信。每个浏览器客户端连接到服务器后，都有一个对应的客户端套接字。

具体代码实现如下：

DWORD WINAPI accept_request(LPVOID arg) {
    return 0;
}
 
int main(void)
{
    //httpd默认的端口是80，这里指定了8000端口，也可以使用其它端口
    unsigned short port = 8000;  
 
    // 初始化网络，并使用指定端口来创建服务端的套接字
    int server_sock = startup(&port);
    printf("httpd running on port %d\n", port);
 
    while (1)
    {
        struct sockaddr_in client_addr;
        int client_addr_len = sizeof(client_addr);
        int client_sock = accept(server_sock, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
        if (client_sock == -1) {
            error_die("accept"); //打印错误信息并结束
        }
 
        DWORD dwThreadID = 0;
        HANDLE handleFirst = CreateThread(NULL, 0, accept_request, (void*)client_sock, 0, &dwThreadID);
    }
 
    return(0);
}

处理浏览器的请求

在新线程中，单独处理对应浏览器客户端的请求。

GET请求报文的格式

浏览器发起新的访问时，将向服务器端发送一个请求报文。例如，在浏览器地址输入 127.0.0.1:8000 回车后，服务器端收到的完整报文如下：

GET / HTTP/1.1\n
Host: 127.0.0.1:8000\n
Connection: keep-alive\n
Cache-Control: max-age=0\n
Upgrade-Insecure-Requests: 1\n
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/86.0.4240.198 Safari/537.36\n
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9\n
Sec-Fetch-Site: none\n
Sec-Fetch-Mode: navigate\n
Sec-Fetch-User: ?1\n
Sec-Fetch-Dest: document\n
Accept-Encoding: gzip, deflate, br\n
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9\n
\n

请求报文由4四个部分组成：请求行、请求头部行、空行、请求数据。具体格式如下：

第一行报文详细说明

响应报文的格式

服务器发送数据给浏览器时，发送的响应报文，由4个部分组成：
状态行、消息头部、空行和响应正文。格式如下：

常用的关键字有：

POST请求报文的格式

浏览器发送的POST报文的格式，和GET报文格式其实是一致的，只是多了最后一部分内容“请求数据”，实例如下：

POST /color.cgi HTTP/1.1\n
Host: 127.0.0.1:8000\n
Connection: keep-alive\n
Content-Length: 9\n
Cache-Control: max-age=0\n
Upgrade-Insecure-Requests: 1\n
Origin: http://127.0.0.1:8000\n
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/86.0.4240.198 Safari/537.36\n
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9\n
Sec-Fetch-Site: same-origin\n 
Sec-Fetch-Mode: navigate\n
Sec-Fetch-User: ?1\n
Sec-Fetch-Dest: document\n
Referer: http://127.0.0.1:8000/\n
Accept-Encoding: gzip, deflate, br\n
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9\n
\n
color=red

最后一行“color=red”就是网页提交的数据。

报文的解析(每行代码的详细说明，可参考本教程的分享视频）

#include  //访问文件的属性
 
#define ISspace(x) isspace((int)(x))
#define PRINTF(str) printf("[%s - %d] "#str" = %s\r\n",__func__,__LINE__,str);
 
DWORD WINAPI accept_request(LPVOID arg) {
    char buf[1024];
    int numchars;
    char method[255];
    char url[255];
    char path[512];
    size_t i, j;
    struct stat st;
    int cgi = 0;      /* becomes true if server decides this is a CGI
                       * program */
 
    int client = (SOCKET)arg;
 
    char* query_string = NULL;    
    numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
 
    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"
 
    PRINTF(method);
 
    //  method是指http请求的具体类型，例如：
    // 
    // HTTP的请求方法，一共有8种：GET,POST,HEAD,PUT,DELETE,TRACE,OPTIONS,CONNECT
    // 主要使用GET和POST, 本服务器只实现GET和POST方法
    if (stricmp(method, "GET") && stricmp(method, "POST"))
    {
        unimplemented(client);
        return 0;
    }
 
    if (stricmp(method, "POST") == 0)
        cgi = 1;
 
    i = 0;
    while (ISspace(buf[j]) && (j < sizeof(buf))) //跳过buff中的空格
        j++;
    while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(url) - 1) && (j < sizeof(buf))) //获得资源url 比如 / 或者 /images/head.png
    {
        url[i] = buf[j];
        i++; j++;
    }
    url[i] = '\0';
 
    PRINTF(url);
 
    // 解析查询字符串
    // 如果浏览器的访问地址是： http://127.0.0.1:8000?name=rock 
    // 那么服务器端第一次收到的报文头就是：  buf = GET /?name=rock HTTP/1.1
    // 通过如果解析，query_string的值就是 "name=rock"
    if (stricmp(method, "GET") == 0)
    {
        query_string = url;
        while ((*query_string != '?') && (*query_string != '\0'))
            query_string++;
        if (*query_string == '?')
        {
            cgi = 1;
            *query_string = '\0';
            query_string++;
        }
    }
 
    sprintf(path, "htdocs%s", url);
    // 如果浏览器的地址输入：http://127.0.0.1:8000/movies/
    // 那么url就是 /movies/ 
    // url的最后一个字符是路径分隔符/
    // 表示默认访问的是：/movies/index.html
    if (path[strlen(path) - 1] == '/')
        strcat(path, "index.html");
    PRINTF(path);
 
    // 检查访问的资源是否存在
    if (stat(path, &st) == -1) {  //stat获取指定文件的属性信息
        // 如果不能访问它的属性信息，那么这个文件就不存在
        // 此时，就需要把这个请求报文，读完！虽然已经没有用了，但是也要把这个报文读完
        while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))  /* read & discard headers */
            numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
        not_found(client);
    }
    else
    {
        // 如果浏览器的地址输入：http://127.0.0.1:8000/movies 
        // 如果movies是目录，就默认访问这个目录下的index.html
        if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)
            strcat(path, "/index.html");
 
        if (!cgi)
            // 发送一个普通文件(path)给浏览器客户端
            serve_file(client, path);
        else
            // 使用CGI来处理“动态请求”，例如在网页中，用户填写信息后点击提交按钮后，服务器端使用CGI来处理这个请求 
            execute_cgi(client, path, method, query_string);
    }
 
    closesocket(client); //关闭套接字
    return 0;
}
 
// 向浏览器发送一个错误提示信息，表示请求的方法还没有实现（现在只实现了GET和POST)
void unimplemented(int client) {
 
}
 
void not_found(int client) {
 
}
 
void serve_file(int client, const char* filename) {
 
}
 
void execute_cgi(int client, const char* path, const char* method, const char* query_string) {
 
}
 
// 从浏览器客户端对应的套接字中，读取一行字符串
// 返回值：成功读取的字符个数
int get_line(int sock, char* buf, int size) {
    return 0;
}

发送错误请求的响应包

发送501未实现服务的响应包

HTTP 状态码分为 5 类，如下所示：
1xx 信息
2xx 成功
3xx 重定向
4xx 客户端错误
404 表示服务器找不到浏览器请求的资源（例如某个图片或某个文件）。
5xx 服务器错误
501 表示服务器现在还不能满足客户端请求的某个功能。

代码如下：

// 向浏览器发送一个错误提示信息，表示请求的方法还没有实现（现在只实现了GET和POST)
void unimplemented(int client) {
    char buf[1024];
 
    sprintf(buf, "HTTP/1.0 501 Method Not Implemented\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
 
    sprintf(buf, SERVER_STRING);
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Method Not Implemented\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "HTTP request method not supported.\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
}

注意代码中的Server关键字，表示服务器端的软件名称和它的版本号。

发送404资源不存在的响应包