1.预备知识
1.1 HTTP简介
超文本传输协议就是所谓的HTTP，是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。请求和响应消息的头以ASCII形式给出；而消息内容则具有一个类似MIME的格式。这个简单模型是早期Web成功的有功之臣，因为它使开发和部署非常地直截了当。
万维网WWW（World Wide Web）发源于欧洲日内瓦量子物理实验室CERN，正是WWW技术的出现使得因特网得以超乎想象的速度迅猛发展。这项基于TCP/IP的技术在短短的十年时间内迅速成为已经发展了几十年的Internet上的规模最大的信息系统，它的成功归结于它的简单、实用。在WWW的背后有一系列的协议和标准支持它完成如此宏大的工作，这就是Web协议族，其中就包括HTTP超文本传输协议。
在1990年，HTTP就成为WWW的支撑协议。当时由其创始人WWW之父蒂姆·贝纳斯·李（Tim Berners-Lee）提出，随后WWW联盟（WWW Consortium）成立，组织了IETF（Internet Engineering Task Force）小组进一步完善和发布HTTP。
HTTP是应用层协议，同其他应用层协议一样，是为了实现某一类具体应用的协议，并由某一运行在用户空间的应用程序来实现其功能。HTTP是一种协议规范，这种规范记录在文档上，为真正通过HTTP进行通信的HTTP的实现程序。
HTTP是基于B/S架构进行通信的，而HTTP的服务器端实现程序有httpd、nginx等，其客户端的实现程序主要是Web浏览器，例如Firefox、Internet Explorer、Google Chrome、Safari、Opera等，此外，客户端的命令行工具还有elink、curl等。Web服务是基于TCP的，因此为了能够随时响应客户端的请求，Web服务器需要监听在80/TCP端口。这样客户端浏览器和Web服务器之间就可以通过HTTP进行通信了。
1.2 工作原理
HTTP是基于客户/服务器模式，且面向连接的。典型的HTTP事务处理有如下的过程：
（1）客户与服务器建立连接；
（2）客户向服务器提出请求；
（3）服务器接受请求，并根据请求返回相应的文件作为应答；
（4）客户与服务器关闭连接。
客户与服务器之间的HTTP连接是一种一次性连接，它限制每次连接只处理一个请求，当服务器返回本次请求的应答后便立即关闭连接，下次请求再重新建立连接。这种一次性连接主要考虑到WWW服务器面向的是Internet中成千上万个用户，且只能提供有限个连接，故服务器不会让一个连接处于等待状态，及时地释放连接可以大大提高服务器的执行效率。
HTTP是一种无状态协议，即服务器不保留与客户交易时的任何状态。这就大大减轻了服务器记忆负担，从而保持较快的响应速度。HTTP是一种面向对象的协议。允许传送任意类型的数据对象。它通过数据类型和长度来标识所传送的数据内容和大小，并允许对数据进行压缩传送。当用户在一个HTML文档中定义了一个超文本链后，浏览器将通过TCP/IP协议与指定的服务器建立连接。
1.3 基本方法
HTTP包含8种主要方法，如下
| 方法 | 含义 |
|---|---|
| GET | 返回URL指定信息，如果URL指定的是文件，则返回文件内容；如果URL指定的是CGI程序，则返回该程序输出内容。 |
| POST | 从客户端向服务器发送数据，一般用于发送表单中填写的数据等情况下 |
| HEAD | 和GET基本相同，不过它只返回HTTP的消息头（message header）的内容，而不是数据的内容。通常用于获取文件最后更新时间等属性信息 |
| OPTIONS | 用于通知或者查询通信选项 |
| PUT | 替换URL指定服务器上的文件。如果URL指定的文件不存在，则创建该文件 |
| DELETE | 删除URL指定服务器上的文件 |
| TRACE | 将服务器收到的请求行和头部（header）直接返回给客户端，用于在使用代理环境中检查改写请求的情况 |
| CONNECT | 使用代理传输加密消息时使用的方法 |
如果能规避安全问题，例如将访问限制在局域网内，那么使用PUT、DELETE等方法是有效的。事实上，上述方法现在常用在RESRful API的设计中，在手机APP和后端服务器交互时常用到。
1.4 生成HTTP请求
在对URL进行解析之后，浏览器确定了Web服务器和文件名，接下来浏览器将依据这些信息生成HTTP请求消息了。
HTTP消息在格式上拥有严格的规定，因此客户端必须按照规定格式生成请求消息，如下
（a）请求消息
<方法><空格><URL><空格><HTTP版本> 这一行称为请求头，通过这一行可以大致了解请求内容
<字段名>:<字段值> -
... |
... |---消息头，每行包含一个头字段，用于表示请求的附加信息。消息头的行数根据具体 ... | 情况可变，一直延申到空行为止。
... -
<空行>
<消息体> 消息体包含客户端想服务器发送的数据，例如POST方法提交的表单。
（b）响应消息
<HTTP版本><空格><状态码><空格><响应短语>
<字段名>:<字段值> -
... |
... |--- 消息头
... -
<空行>
<消息体> 消息体包含服务器向客户端发送的数据。消息体作为二进制数据处理。
1.4.1 HTTP状态码
1xx ：信息
| 消息 | 描述 |
|---|---|
| 100 Continue | 服务器仅接收到部分请求，但是一旦服务器并没有拒绝该请求，客户端应该继续发送其余的请求。 |
| 101 Switching Protocols | 服务器转换协议：服务器将遵从客户的请求转换到另外一种协议。 |
2xx:成功
| 消息 | 描述 |
|---|---|
| 200 OK | 请求成功（其后是对GET和POST请求的应答文档。） |
| 201 Created | 请求被创建完成，同时新的资源被创建。 |
| 202 Accepted | 供处理的请求已被接受，但是处理未完成。 |
| 203 Non-authoritative Information | 文档已经正常地返回，但一些应答头可能不正确，因为使用的是文档的拷贝。 |
| 204 No Content | 没有新文档。浏览器应该继续显示原来的文档。如果用户定期地刷新页面，而Servlet可以确定用户文档足够新，这个状态代码是很有用的。 |
| 205 Reset Content | 没有新文档。但浏览器应该重置它所显示的内容。用来强制浏览器清除表单输入内容。 |
| 206 Partial Content | 客户发送了一个带有Range头的GET请求，服务器完成了它。 |
3xx:重定向
| 消息 | 描述 |
|---|---|
| 300 Multiple Choices | 多重选择。链接列表。用户可以选择某链接到达目的地。最多允许五个地址。 |
| 301 Moved Permanently | 所请求的页面已经转移至新的url。 |
| 302 Found | 所请求的页面已经临时转移至新的url。 |
| 303 See Other | 所请求的页面可在别的url下被找到。 |
| 304 Not Modified | 未按预期修改文档。客户端有缓冲的文档并发出了一个条件性的请求（一般是提供If-Modified-Since头表示客户只想比指定日期更新的文档）。服务器告诉客户，原来缓冲的文档还可以继续使用。 |
| 305 Use Proxy | 客户请求的文档应该通过Location头所指明的代理服务器提取。 |
| 306 Unused | 此代码被用于前一版本。目前已不再使用，但是代码依然被保留。 |
| 307 Temporary Redirect | 被请求的页面已经临时移至新的url。 |
4xx:客户端错误
| 消息 | 描述 |
|---|---|
| 400 Bad Request | 服务器未能理解请求。 |
| 401 Unauthorized | 被请求的页面需要用户名和密码。 |
| 401.1 | 登录失败。 |
| 401.2 | 服务器配置导致登录失败。 |
| 401.3 | 由于ACL对资源的限制而未获得授权。 |
| 401.4 | 筛选器授权失败。 |
| 401.5 | ISAPI/CGI应用程序授权失败。 |
| 401.7 | 访问被Web服务器上的URL授权策略拒绝。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 402 Payment Required | 此代码尚无法使用。 |
| 403 Forbidden | 对被请求页面的访问被禁止。 |
| 403.1 | 执行访问被禁止。 |
| 403.2 | 读访问被禁止。 |
| 403.3 | 写访问被禁止。 |
| 403.4 | 要求SSL。 |
| 403.5 | 要求SSL 128。 |
| 403.6 | IP地址被拒绝。 |
| 403.7 | 要求客户端证书。 |
| 403.8 | 站点访问被拒绝。 |
| 403.9 | 用户数过多。 |
| 403.10 | 配置无效。 |
| 403.11 | 密码更改。 |
| 403.12 | 拒绝访问映射表。 |
| 403.13 | 客户端证书被吊销。 |
| 403.14 | 拒绝目录列表。 |
| 403.15 | 超出客户端访问许可。 |
| 403.16 | 客户端证书不受信任或无效。 |
| 403.17 | 客户端证书已过期或尚未生效。 |
| 403.18 | 在当前的应用程序池中不能执行所请求的URL。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 403.19 | 不能为这个应用程序池中的客户端执行CGI。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 403.20 | Passport登录失败。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 404 Not Found | 服务器无法找到被请求的页面。 |
| 404.0 | （无）–没有找到文件或目录。 |
| 404.1 | 无法在所请求的端口上访问Web站点。 |
| 404.2 | Web服务扩展锁定策略阻止本请求。 |
| 404.3 | MIME映射策略阻止本请求。 |
| 405 Method Not Allowed | 请求中指定的方法不被允许。 |
| 406 Not Acceptable | 服务器生成的响应无法被客户端所接受。 |
| 407 Proxy Authentication Required | 用户必须首先使用代理服务器进行验证，这样请求才会被处理。 |
| 408 Request Timeout | 请求超出了服务器的等待时间。 |
| 409 Conflict | 由于冲突，请求无法被完成。 |
| 410 Gone | 被请求的页面不可用。 |
| 411 Length Required | “Content-Length”未被定义。如果无此内容，服务器不会接受请求。 |
| 412 Precondition Failed | 请求中的前提条件被服务器评估为失败。 |
| 413 Request Entity Too Large | 由于所请求的实体的太大，服务器不会接受请求。 |
| 414 Request-url Too Long | 由于url太长，服务器不会接受请求。当post请求被转换为带有很长的查询信息的get请求时，就会发生这种情况。 |
| 415 Unsupported Media Type | 由于媒介类型不被支持，服务器不会接受请求。 |
| 416 Requested Range Not Satisfiable | 服务器不能满足客户在请求中指定的Range头。 |
| 417 Expectation Failed | 执行失败。 |
| 423 | 锁定的错误。 |
5xx:服务器错误
| 消息 | 描述 |
|---|---|
| 500 Internal Server Error | 请求未完成。服务器遇到不可预知的情况。 |
| 500.12 | 应用程序正忙于在Web服务器上重新启动。 |
| 500.13 | Web服务器太忙。 |
| 500.15 | 不允许直接请求Global.asa。 |
| 500.16 | UNC授权凭据不正确。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 500.18 | URL授权存储不能打开。这个错误代码为IIS 6.0所专用。 |
| 500.100 | 内部ASP错误。 |
| 501 Not Implemented | 请求未完成。服务器不支持所请求的功能。 |
| 502 Bad Gateway | 请求未完成。服务器从上游服务器收到一个无效的响应。 |
| 502.1 | CGI应用程序超时。 |
| 502.2 | CGI应用程序出错。 |
| 503 Service Unavailable | 请求未完成。服务器临时过载或宕机。 |
| 504 Gateway Timeout | 网关超时。 |
| 505 HTTP Version Not Supported | 服务器不支持请求中指明的HTTP版本。 |
2.代码实现
我们使用CGI响应HTTP请求
2.1 CGI
2.1.1 什么是CGI？
- 公共网关接口（CGI），是一套标准，定义了信息是如何在 Web 服务器和客户端脚本之间进行交换的。
- CGI 规范目前是由 NCSA 维护的，NCSA 定义 CGI 如下：
- 公共网关接口（CGI），是一种用于外部网关程序与信息服务器（如 HTTP 服务器）对接的接口标准。
- 目前的版本是 CGI/1.1，CGI/1.2 版本正在推进中。
2.1.2 CGI架构
下图演示了CGI架构图
2.1.3 Web 服务器配置
在您进行 CGI 编程之前，请确保您的 Web 服务器支持 CGI，并已配置成可以处理 CGI 程序。所有由 HTTP 服务器执行的 CGI 程序，都必须在预配置的目录中。该目录称为 CGI 目录，按照惯例命名为 /var/www/cgi-bin。虽然 CGI 文件是 C++ 可执行文件，但是按照惯例它的扩展名是 .cgi。
默认情况下，Apache Web 服务器会配置在 /var/www/cgi-bin 中运行 CGI 程序。如果您想指定其他目录来运行 CGI 脚本，您可以在 httpd.conf 文件中修改以下部分：
<Directory "/var/www/cgi-bin">
AllowOverride None
Options ExecCGI
Order allow,deny
Allow from all
</Directory>
<Directory "/var/www/cgi-bin">
Options All
</Directory>
在这里，我们假设已经配置好 Web 服务器并能成功运行，你可以运行任意的 CGI 程序，比如 Perl 或 Shell 等。
2.2 C++实现
2.2.1 C++ CGI程序
#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{
cout << "Content-type:text/html\r\n\r\n";
cout << "<html>\n";
cout << "<head>\n";
cout << "<title>Hello World - 第一个 CGI 程序</title>\n";
cout << "</head>\n";
cout << "<body>\n";
cout << "<h2>Hello World! 这是我的第一个 CGI 程序</h2>\n";
cout << "</body>\n";
cout << "</html>\n";
return 0;
}
编译上面的代码，把可执行文件命名为 cplusplus.cgi，并把这个文件保存在 /var/www/cgi-bin 目录中。在运行 CGI 程序之前，请使用 chmod 755 cplusplus.cgi UNIX 命令来修改文件模式，确保文件可执行。访问可执行文件，您会看到下面的输出：
Hello World! 这是我的第一个 CGI 程序
2.2.2 C++ CGI库
在真实的实例中，您需要通过 CGI 程序执行许多操作。这里有一个专为 C++ 程序而编写的 CGI 库，我们可以从 ftp://ftp.gnu.org/gnu/cgicc/ 上下载这个 CGI 库，并按照下面的步骤安装库：
$ tar xzf cgicc-X.X.X.tar.gz
$ cd cgicc-X.X.X/
$ ./configure --prefix=/usr
$ make
$ make install
注意：libcgicc.so 和 libcgicc.a 库会被安装到/usr/lib目录下，需执行拷贝命令：
$ sudo cp /usr/lib/libcgicc.* /usr/lib64/
才能使 CGI 程序自动找到 libcgicc.so 动态链接库。
2.2.3 实现GET方法
下面是一个简单的 URL，使用 GET 方法传递两个值给 hello_get.py 程序。
/cgi-bin/cpp_get.cgi?first_name=ZARA&last_name=ALI
下面的实例生成 cpp_get.cgi CGI 程序，用于处理 Web 浏览器给出的输入。通过使用 C++ CGI 库，可以很容易地访问传递的信息：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <cgicc/CgiDefs.h>
#include <cgicc/Cgicc.h>
#include <cgicc/HTTPHTMLHeader.h>
#include <cgicc/HTMLClasses.h>
using namespace std;
using namespace cgicc;
int main ()
{
Cgicc formData;
cout << "Content-type:text/html\r\n\r\n";
cout << "<html>\n";
cout << "<head>\n";
cout << "<title>使用 GET 和 POST 方法</title>\n";
cout << "</head>\n";
cout << "<body>\n";
form_iterator fi = formData.getElement("first_name");
if( !fi->isEmpty() && fi != (*formData).end()) {
cout << "名：" << **fi << endl;
}else{
cout << "No text entered for first name" << endl;
}
cout << "<br/>\n";
fi = formData.getElement("last_name");
if( !fi->isEmpty() &&fi != (*formData).end()) {
cout << "姓：" << **fi << endl;
}else{
cout << "No text entered for last name" << endl;
}
cout << "<br/>\n";
cout << "</body>\n";
cout << "</html>\n";
return 0;
}
2.2.4 实现GET方法
一个更可靠的向 CGI 程序传递信息的方法是 POST 方法。这种方法打包信息的方式与 GET 方法相同，不同的是，它不是把信息以文本字符串形式放在 URL 中的 ? 之后进行传递，而是把它以单独的消息形式进行传递。该消息是以标准输入的形式传给 CGI 脚本的。
我们同样使用 cpp_get.cgi 程序来处理 POST 方法。让我们以同样的例子，通过使用 HTML 表单和提交按钮来传递两个值，只不过这次我们使用的不是 GET 方法，而是 POST 方法，如下所示：
<form action="/cgi-bin/cpp_get.cgi" method="post">
名：<input type="text" name="first_name"><br />
姓：<input type="text" name="last_name" />
<input type="submit" value="提交" />
</form>
人机验证测试