【1024程序员节】之C++系列完结篇：Web编程

一、Web编程

C++作为一种强大且灵活的编程语言，在Web编程领域也有其一席之地，尽管它不如Python、PHP、JavaScript等语言在Web开发中那么普及。C++Web编程通常涉及创建后端服务，处理HTTP请求，与数据库交互，以及生成HTML、CSS和JavaScript等前端资源。

C++Web编程的一些实现方法和相关框架的介绍：

1. 使用C++标准库和第三方库

• Boost.Beast和Boost.Asio：Boost库中的Beast和Asio提供了强大的异步网络编程能力，可以用来构建HTTP服务器和客户端。这种方法需要一定的网络编程和C++标准库知识。
• libmicrohttpd：这是一个轻量级的C库，用于创建嵌入式HTTP服务器。虽然它是用C语言编写的，但可以在C++项目中使用。

2. 使用C++Web框架

• CppCMS：这是一个高性能的C++Web框架，专注于速度和可伸缩性。它提供了完整的MVC（模型-视图-控制器）架构，使得开发复杂的Web应用变得更加容易。
• Crow：Crow是一个现代的C++Web框架，支持RESTful路由、中间件和JSON解析等功能。它使用Boost.Asio进行异步网络操作。
• Wt：Wt是一个用于创建Web应用的C++库，它允许开发者使用C++来编写前端和后端代码。Wt提供了丰富的UI组件和AJAX支持。
• Poco C++ Libraries：Poco是一个开源的C++类库集合，其中包括用于网络编程的库。Poco的Net库可以用来构建HTTP服务器和客户端。

3. 使用C++与JavaScript的集成

• Node.js与C++扩展：虽然Node.js本身是用JavaScript编写的，但它允许开发者使用C++来编写原生扩展模块，以提高性能或访问底层系统资源。这种方法通常用于构建高性能的服务器组件。
• Emscripten：Emscripten是一个工具链，它允许你将C++代码编译成WebAssembly（Wasm）和JavaScript，以便在Web浏览器中运行。这种方法使得C++代码能够在前端环境中执行，同时享受WebAssembly带来的性能提升。

4. 数据库交互

在C++Web编程中，与数据库的交互通常通过ODBC、MySQL Connector/C++、PostgreSQL的libpq等库来实现。这些库提供了与关系型数据库交互的API，允许开发者执行SQL查询、管理数据库连接等。

5. 部署和运维

C++Web应用通常编译成二进制文件，并在服务器上运行。这使得它们比基于脚本的语言（如PHP）具有更好的性能。然而，C++应用的部署和运维可能需要更多的配置和管理工作，特别是在处理依赖项、二进制分发和跨平台兼容性方面。

二、CppCMS框架构建Web应用

CppCMS 是一个高性能的 C++ Web 框架，适用于构建快速、动态的网页应用。

首先，确保你已经安装了 CppCMS 框架及其依赖项。然后，你可以按照以下步骤编写和运行一个简单的 Web 应用程序。

使用 CppCMS 创建一个简单的 “Hello, World!” Web 应用

1. 安装 CppCMS：

你需要根据你的操作系统和编译器来安装 CppCMS。通常，你可以通过包管理器或从源代码编译来安装它。

2. 创建项目目录和文件

在你的工作目录中创建一个新的项目文件夹，并在其中创建一个 C++ 源文件，例如 hello.cpp。

3. 编写源代码

#include <cppcms/application.h>
#include <cppcms/application_pool.h>
#include <cppcms/service.h>
#include <cppcms/http_response.h>class hello : public cppcms::application {
public:hello(cppcms::service &srv) : cppcms::application(srv) {}virtual void main(std::string url) override {response().out() << "<h1>Hello, World!</h1>";}
};int main(int argc, char **argv) {try {cppcms::service srv(argc, argv);srv.applications_pool().mount(cppcms::applications_factory<hello>());srv.run();}catch (std::exception const &e) {std::cerr << e.what() << std::endl;}
}

4. 编译和运行

你需要使用 C++ 编译器（如 g++）来编译这个源文件，并链接 CppCMS 库。编译命令可能类似于以下形式（具体取决于你的 CppCMS 安装路径和编译器）：

g++ hello.cpp -o hello -lcppcms -lpthread -lboost_system -lboost_filesystem -lboost_program_options

然后，你可以运行生成的可执行文件：

./hello --config=cppcms.json

其中 cppcms.json 是一个配置文件，用于指定 CppCMS 服务的各种参数，如监听地址和端口。以下是一个简单的配置文件示例：

{"service" : {"api" : "http","port" : 8080}
}

5. 访问 Web 应用

在你的 Web 浏览器中打开 http://localhost:8080，你应该会看到页面上显示 “Hello, World!” 的字样。

注意事项

• 确保你的 CppCMS 安装和配置正确无误。
• 编译命令中的库链接选项可能因你的 CppCMS 安装方式和操作系统而异。
• 如果你在 Windows 上开发，可能需要使用 MinGW 或其他适合 Windows 的 C++ 编译器，并相应地调整编译和链接命令。
• 配置文件 cppcms.json 可以根据需要进行定制，以支持 HTTPS、虚拟主机、会话管理等功能。

三、HTTP介绍

HTTP头部信息是HTTP协议中的一部分，它包含了HTTP请求和响应的元数据信息。HTTP头部由一组由冒号分隔的键值对组成，每个键值对占一行，每行以回车换行符（\r\n）结束。

1. 请求头部字段（Request Header Fields）

从客户端向服务器端发送请求报文时使用的首部，补充了请求的附加内容、客户端信息、响应内容相关优先级等信息。常见的请求头部字段包括：

• Accept：告诉Web服务器自己能接收什么媒体类型。
• Accept-Charset：浏览器接收内容的字符集，通常是UTF-8。
• Accept-Encoding：浏览器接收内容的编码方法，例如是否支持压缩及支持的压缩方法。
• Accept-Language：浏览器接收内容的语言。
• Authorization：当客户端接收到来自Web服务器的WWW-Authenticate响应时，后面可以用该头部来携带自己的身份验证信息给Web服务器直接进行认证。
• Cache-Control：用来控制缓存机制的行为，指定客户端在缓存资源时应遵循的规则。
• Connection：指定客户端和服务器之间连接的选项，如close表示连接在响应结束后会关闭，keep-alive表示连接会保持持久化。

2. 响应头部字段（Response Header Fields）

从服务器端向客户端返回响应报文时使用的首部，补充了响应的附加内容，也会要求客户端附加额外的内容信息。常见的响应头部字段包括：

• Accept-Ranges：Web服务器表明自己是否接受获取某个实体的一部分（比如文件的一部分）请求。
• Age：表明实体从产生到现在经过了多长时间。
• Cache-Control：用来声明服务器端缓存控制的指令。
• Connection：指示当前连接的状态，如close表示连接已关闭，keep-alive表示连接保持活跃。
• Etag：对象的标志值，用于判断对象是否改变。

3. 通用首部字段（General Header Fields）

请求报文和响应报文两方都会使用的首部。常见的通用首部字段包括：

• Cache-Control：既可用于请求头也可用于响应头，用来声明缓存控制的指令。
• Connection：既可用于请求头也可用于响应头，指定连接的选项。

4. 实体首部字段（Entity Header Fields）

针对请求报文和响应报文的实体部分使用的首部，补充了资源内容更新时间等与实体有关的信息。常见的实体首部字段包括：

• Allow：设置服务端支持接收哪些可用的HTTP请求方法。
• Content-Encoding：指Web服务器表明使用何种压缩方法压缩响应中的对象。
• Content-Language：Web服务器告诉浏览器响应的媒体对象语言。
• Content-Length：Web服务器告诉浏览器HTTP请求内容的长度。
• Content-Range：Web服务器表明该响应包含的部分对象为整个对象的哪个部分。
• Content-Type：指明Web服务器告诉浏览器响应的对象的类型。

四、GET请求与POST请求

在C++中，实现HTTP GET和POST请求通常需要使用第三方库，因为标准库并没有直接提供HTTP客户端功能。以下是一些常用的C++库，以及如何使用它们来发送GET和POST请求的示例代码。

1. 使用libcurl

libcurl是一个广泛使用的客户端URL传输库，支持多种协议，包括HTTP。

① GET请求示例

#include <iostream>
#include <curl/curl.h>int main() {CURL *curl;CURLcode res;curl = curl_easy_init();if(curl) {curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://www.example.com");// 如果需要将响应保存到字符串中，可以使用以下代码：std::string readBuffer;curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, [](void* ptr, size_t size, size_t nmemb, std::string* data)-> size_t { data->append((char*)ptr, size * nmemb); return size * nmemb; });curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, &readBuffer);res = curl_easy_perform(curl);if(res != CURLE_OK)fprintf(stderr, "curl_easy_perform() failed: %s\n", curl_easy_strerror(res));elsestd::cout << "Response: " << readBuffer << std::endl;curl_easy_cleanup(curl);}return 0;
}

② POST请求示例

#include <iostream>
#include <curl/curl.h>
#include <string>int main() {CURL *curl;CURLcode res;curl = curl_easy_init();if(curl) {std::string postData = "param1=value1&param2=value2";curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://www.example.com/post");curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_POSTFIELDS, postData.c_str());// 如果需要将响应保存到字符串中，可以使用与GET请求相同的代码std::string readBuffer;curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, [](void* ptr, size_t size, size_t nmemb, std::string* data)-> size_t { data->append((char*)ptr, size * nmemb); return size * nmemb; });curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, &readBuffer);res = curl_easy_perform(curl);if(res != CURLE_OK)fprintf(stderr, "curl_easy_perform() failed: %s\n", curl_easy_strerror(res));elsestd::cout << "Response: " << readBuffer << std::endl;curl_easy_cleanup(curl);}return 0;
}

3. 使用Boost.Beast和Boost.Asio

Boost.Beast是一个高性能的HTTP和WebSocket库，基于Boost.Asio构建。

① GET请求示例（简化）

由于Boost.Beast的示例相对较长且复杂，这里只提供一个非常简化的框架来展示如何使用它。实际使用时，你需要处理更多的错误检查和资源管理。

#include <boost/beast.hpp>
#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {try {boost::asio::io_context ioc;boost::asio::ip::tcp::resolver resolver(ioc);auto endpoints = resolver.resolve("www.example.com", "http");boost::asio::ip::tcp::socket socket(ioc);boost::asio::connect(socket, endpoints);// 构建HTTP GET请求...// 这里省略了请求构建的详细代码// 发送请求并接收响应...// 这里也省略了响应接收的详细代码} catch (std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

注意：上面的Boost.Beast示例是不完整的，因为它没有展示如何构建HTTP请求和解析HTTP响应。在实际使用中，你需要使用boost::beast::http::request和boost::beast::http::response类，并且需要处理异步操作或同步操作的细节。

对于POST请求，你需要设置请求的method为POST，并且在请求中添加一个包含POST数据的body。

五、相关链接

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