C++ 开发 Web 服务框架 - 基础知识：C++11 与 Boost Asio

C++ 开发 Web 服务框架 - 基础知识：C++11 与 Boost Asio
一、概述

项目介绍

服务器开发中 Web 服务是一个基本的代码单元，将服务端的请求和响应部分的逻辑抽象出来形成框架，能够做到最高级别的框架级代码复用。本次项目将综合使用 C++11 及 Boost 中的 Asio 实现 HTTP 和 HTTPS 的服务器框架。

项目涉及的知识点

C++基本知识
面向对象
模板
命名空间
常用 IO 库
C++11 相关
lambda expression
std::shared_ptr
std::make_shared
std::unordered_map
std::regex
std::smatch
std::regex_match
std::function
std::thread
Boost Asio 相关
boost::asio::io_service
boost::asio::ip::tcp::socket
boost::asio::ip::tcp::v4()
boost::asio::ip::tcp::endpoint
boost::asio::ip::tcp::acceptor
boost::asio::streambuf
boost::asio::async_read
boost::asio::async_read_until
boost::asio::async_write
boost::asio::transfer_exactly
boost::asio::ssl::stream
boost::asio::ssl::stream_base::server
boost::asio::ssl::context
boost::asio::ssl::context::sslv23
boost::asio::ssl::context::pem
boost::system::error_code
编译环境提示

在 g++ 4.9 之前，regex 库并不支持 ECMAScript 的正则语法，换句话说，在 g++4.9 之前，g++ 对 C++11 标准库的支持并不完善，为保证本次项目的顺利进行，请确保将 g++ 版本升级至 4.9 以上。

// 下面的这段代码可以测试你的编译器对正则表达式的支持情况
#include <iostream>
#include <regex>

int main()
{
std::regex r1("S");
printf("S works.\n");
std::regex r2(".");
printf(". works.\n");
std::regex r3(".+");
printf(".+ works.\n");
std::regex r4("[0-9]");
printf("[0-9] works.\n");
return 0;
}
如果你的运行结果遇到了下图所示的错误，说明你确实需要升级你的 g++ 了：

使用 g++ -v 可以查看到当前编译器版本：

如果你最后一行中的 gcc version 显示的是 4.8.x，那么你需要手动将编译器版本升级至 4.9 以上，方法如下：

安装 add-apt-repository 工具

sudo apt-get install software-properties-common

增加源

sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test

更新源

sudo apt-get update

更新安装

sudo apt-get upgrade

安装 gcc/g++ 4.9

sudo apt-get install gcc-4.9 g++-4.9

更新链接

sudo updatedb
sudo ldconfig
sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-4.8 48 \
--slave /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-4.8 \
--slave /usr/bin/gcc-ar gcc-ar /usr/bin/gcc-ar-4.8 \
--slave /usr/bin/gcc-nm gcc-nm /usr/bin/gcc-nm-4.8 \
--slave /usr/bin/gcc-ranlib gcc-ranlib /usr/bin/gcc-ranlib-4.8
sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-4.9 49 \
--slave /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-4.9 \
--slave /usr/bin/gcc-ar gcc-ar /usr/bin/gcc-ar-4.9 \
--slave /usr/bin/gcc-nm gcc-nm /usr/bin/gcc-nm-4.9 \
--slave /usr/bin/gcc-ranlib gcc-ranlib /usr/bin/gcc-ranlib-4.9
此外，本次项目依赖了 Boost 和 OpenSSL 这两个库，不过好在实验楼的环境已经提供了这两个非常基本的库，你不需要再操心他们的安装了。

项目代码

本项目所有代码

可使用wget下载，也可以直接复制地址到浏览器下载
希望同学们能跟着一步一步实现
wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/568/web_server.zip
一、C++ 基础

面向对象和模板是 C++进阶知识的基础，这里不做过多介绍，本次项目我们将开发一个 Web 框架，我们在这里先回顾一下命名空间、和 sstream 字符串 IO 流的相关知识。如果对这部分比较熟悉，可以直接跳过本小节。

命名空间

在开发库时，库通常会有定义大量的全局名称，这时候当我们使用的库越来越多时，就不可避免的发生名称冲突的情况，这也就是我们常说的命名空间污染。

在命名空间诞生以前，通常使用的办法就是把一个函数、类、甚至变量名等名字取得足够长，在每一个名字的前面都增加相应的前缀，例如，当我们只想要定义一个 port 的变量时候：

// 原本的样子
int port;
// 实际的样子
int shiyanlou_web_server_port;
命名空间的定义非常简单，通过关键字 namespace 加上命名空间的名字，再使用花括号包裹需要的定义和声明即可完成相关的定义，例如：

namespace shiyanlou_web_server {
int port = 0;
}
这时，这个 port 就被限制在了命名空间 shiyanlou_web_server 当中，如果不通过命名空间的指定，就不会被访问到。

参考下面的例子：

//
// main.cpp
//
#include <iostream>
#include "web.hpp"
#include "web2.hpp"
int main() {
std::cout << "hello world!" << std::endl;
std::cout << "shiyanlou_web_server, port=" << shiyanlou_web_server::port << std::endl;
std::cout << "shiyanlou_web2_server, port=" << shiyanlou_web2_server::port << std::endl;
return 0;
}
//
// web.hpp
//
namespace shiyanlou_web_server{
int port = 0;
}
//
// web2.hpp
//
namespace shiyanlou_web2_server{
int port = 2;
}
最后的输出结果为：

hello world!
shiyanlou_web_server, port=0
shiyanlou_web2_server, port=2
常用 IO 库

我们常说的 C++ IO 库一般指 iostream, fstream, sstream。

iostream 包含了 istream(从流读)/ostream(从流写)/iostream(读写流)
fstream 包含了 ifstream(从文件读)/ofstream(condition 文件写)/fstream(读写文件)
sstream 包含了 istringstream(从 string 读)/ostringstream(向 string 写)/stringstream(读写 string)
其实标准库还有宽字符版本，但我们这里不讨论，有兴趣的话可以参考参考链接。
iostream 和 fstream 是两个比较常用的IO 库，我们这里不再回顾，这里简单回顾一下 sstream。

如果你熟悉 C 语言，就知道将 int 转换为 string 类型其实是一件很麻烦的事情，虽然标准库中提供了 itoa() 这种函数，但是依然需要对转换后的 C 风格字符串(char *)通过 std::string 的构造函数构造为 std::string。

如果使用流操作，那么这将变得异常的简单：

#include <string>
#include <sstream>
#include <iostream>

int main() {
// std::stringstream 支持读写
std::stringstream stream;
std::string result;
int number = 12345;
stream << number; // 将 number 输入到 stream
stream >> results; // 从 stream 读取到 result
std::cout < result << std::endl; // 将输出为字符串"12345"
}
如果希望让sstream 和 C 风格的字符串打交道，同样也可以：

#include <sstream>
#include <iostream>

int main()
{
std::stringstream stream;
char result[6];
stream << 12345;
stream >> result;
std::cout << result << std::endl;
}
需要注意的一点就是，在进行多次IO 操作时，如果希望结果彼此不影响，需要对 stream 对象进行一次 clear() 操作：

stream.clear()
二、C++11 相关

C++11 几乎重新定义了 C++ 的一切，C++11 的出现伴随着大量的有用的新特性和标准库，这些特性和标准使得 C++ 变得更加现代，甚至在编码范式上都与传统 C++ 有着本质上的差异，本节我们将回顾一下这些特性：

lambda expression
std::shared_ptr
std::make_shared
std::unordered_map
std::regex
std::smatch
std::regex_match
std::function
std::thread
如果对这些特性比较熟悉，可以直接跳过本节。

lambda 表达式

Lambda 表达式是 C++11中最重要的新特性之一，而 Lambda 表达式，实际上就是提供了一个类似匿名函数的特性，而匿名函数则是在需

来源: 实验楼
链接: https://www.shiyanlou.com/courses/568
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