C#与C++交互开发系列（二十二）：跨进程通信之使用基于HTTP协议的REST风格的API

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1. 前言

REST API（Representational State Transfer Application Programming Interface）是一种基于HTTP协议的通信方式，广泛用于网络服务和分布式应用程序之间的通信。通过REST API，可以让C#和C++应用程序进行跨进程、甚至跨平台的通信。本文将详细讲解如何使用REST API实现C#和C++程序之间的通信，并附上可真实调试的代码示例。

2. REST API简介

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REST是一种架构风格，利用HTTP协议中的GET、POST、PUT、DELETE等方法与服务器交互，通常用于客户端和服务器之间的数据交换。REST API通信的核心在于定义资源，客户端通过URL访问服务器上的资源，并通过HTTP方法操作这些资源。

3. C++构建服务端和C#构建客户端实现双向交互

1. C++构建Restful服务端

Boost 是一个广受欢迎的 C++ 开源库集合，提供了诸多用于跨平台开发的实用工具。Boost 涵盖了从算法到 I/O、正则表达式、容器和多线程等多种功能，尤其适合构建高性能的服务器、网络和系统应用。我们就使用 Boost库构建一个 RESTful 风格的 C++ Web API。

1.1 Boost库的核心依赖

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我们主要使用两个核心库：

  1. Boost.Asio：提供跨平台的异步 I/O 功能，适用于构建高效的 TCP、UDP 等网络应用。
  2. Boost.Beast：基于 Boost.Asio 实现的 HTTP 和 WebSocket 协议库，简化了 RESTful API 的构建。

通过vcpkg命令安装 Boost.Asio库

vcpkg install boost-asio

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通过vcpkg命令安装 Boost.Beast库

vcpkg install boost-beast

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1.2 构建 RESTful C++ Web API

使用 Boost.Beast 构建一个简单的 RESTful API 服务，支持基本的 CRUD（创建、读取、更新、删除）操作。我们的 API 将运行在端口 8080 上，支持以下路径：

  • GET /api/data：获取数据列表
  • POST /api/data：创建新数据
  • PUT /api/data：更新数据
  • DELETE /api/data：删除数据
1.3 编码实现服务端代码
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/beast.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>namespace asio = boost::asio;
namespace beast = boost::beast;
namespace http = beast::http;
using tcp = asio::ip::tcp;std::string data_store = "Sample data";  // 简单的数据存储// 处理 HTTP 请求的函数
void handle_request(const http::request<http::string_body>& req, http::response<http::string_body>& res) {if (req.method() == http::verb::get && req.target() == "/api/data") {res.result(http::status::ok);res.set(http::field::content_type, "application/json");res.body() = R"({"data": ")" + data_store + R"("})";}else if (req.method() == http::verb::post && req.target() == "/api/data") {data_store = req.body();res.result(http::status::created);res.set(http::field::content_type, "application/json");res.body() = R"({"message": "Data created"})";}else if (req.method() == http::verb::put && req.target() == "/api/data") {data_store = req.body();res.result(http::status::ok);res.set(http::field::content_type, "application/json");res.body() = R"({"message": "Data updated"})";}else if (req.method() == http::verb::delete_ && req.target() == "/api/data") {data_store.clear();res.result(http::status::ok);res.set(http::field::content_type, "application/json");res.body() = R"({"message": "Data deleted"})";}else {res.result(http::status::not_found);res.set(http::field::content_type, "application/json");res.body() = R"({"error": "Resource not found"})";}res.prepare_payload();
}// 会话处理
void session(tcp::socket socket) {beast::flat_buffer buffer;http::request<http::string_body> req;http::response<http::string_body> res;try {http::read(socket, buffer, req);handle_request(req, res);http::write(socket, res);} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;}
}// 主程序启动服务器
int main() {try {asio::io_context ioc;tcp::acceptor acceptor(ioc, tcp::endpoint(tcp::v4(), 8080));std::cout << "Server running on http://localhost:8080\n";while (true) {tcp::socket socket(ioc);acceptor.accept(socket);std::thread(&session, std::move(socket)).detach();}} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Server error: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
1.4 启动服务程序

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访问地址：http://localhost:8080/
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访问地址：http://localhost:8080/api/data
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2. 构建C#客户端调用C++ RESTful API

使用 C# 的 HttpClient 调用 C++ RESTful API 并进行数据交互。

2.1 编码实现客户端代码
using System;
using System.Net.Http;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace CppWebApiClient
{class Program{private static readonly HttpClient client = new HttpClient();static async Task Main(string[] args){// GET 请求HttpResponseMessage response = await client.GetAsync("http://localhost:8080/api/data");string getData = await response.Content.ReadAsStringAsync();Console.WriteLine("GET Response: " + getData);// POST 请求string newData = "\"New sample data\"";response = await client.PostAsync("http://localhost:8080/api/data", new StringContent(newData, Encoding.UTF8, "application/json"));Console.WriteLine("POST Response: " + await response.Content.ReadAsStringAsync());// PUT 请求string updateData = "\"Updated data\"";response = await client.PutAsync("http://localhost:8080/api/data", new StringContent(updateData, Encoding.UTF8, "application/json"));Console.WriteLine("PUT Response: " + await response.Content.ReadAsStringAsync());// DELETE 请求response = await client.DeleteAsync("http://localhost:8080/api/data");Console.WriteLine("DELETE Response: " + await response.Content.ReadAsStringAsync());Console.ReadKey();}}
}

启动客户端程序
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访问地址：http://localhost:8080/api/data
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数据已被删除。

4. C++构建客户端和C#构建服务端实现双向交互

我们将通过两个部分来构建一个RESTful风格的API服务（使用ASP.NET Core WebAPI）以及如何在C++中调用这个WebAPI。

1. 构建ASP.NET Core WebAPI服务

  1. 创建ASP.NET Core WebAPI项目

    • 打开命令行或Visual Studio。
    • 创建一个新的ASP.NET Core WebAPI项目：
      dotnet new webapi -n MyApi
cd MyApi

  2. 定义一个简单的Controller

    我们创建一个简单的Controller ProductsController.cs,提供几个GET和POST的接口

    using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using System.Collections.Generic;	
namespace MyApi.Controllers
{public class ProductRequest{public string Product { get; set; }}	[Route("api/[controller]")][ApiController]public class ProductsController : ControllerBase{// 这是一个存储产品的示例private static readonly List<string> Products = new List<string>{"Product1","Product2","Product3"};	// 获取所有产品[HttpGet]public ActionResult<IEnumerable<string>> Get(){return Ok(Products);}	// 获取单个产品[HttpGet("{id}")]public ActionResult<string> Get(int id){if (id < 0 || id >= Products.Count){return NotFound();}return Ok(Products[id]);}	// 创建新产品[HttpPost]public ActionResult Post([FromBody] ProductRequest product){if (string.IsNullOrEmpty(product?.Product)){return BadRequest("Product cannot be empty");}Products.Add(product.Product);return CreatedAtAction(nameof(Get), new { id = Products.Count - 1 }, product);}}
}

  3. 运行API
    在命令行中，运行以下命令启动API服务器：

    dotnet run

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2. 构建C++客户端调用WebAPI

现在，我们已经创建了一个基本的WebAPI服务。接下来，我们将在C++中编写代码，通过HTTP请求来调用这个WebAPI。为了发送HTTP请求，C++没有内置的库，因此我们将使用一些第三方库，如libcurl。

  1. 安装libcurl库

    可以从libcurl官网下载并安装。
    或者通过vcpkg安装
    vcpkg install curl 在这里插入图片描述

  2. C++代码：使用libcurl调用WebAPI

    在C++中，我们将使用libcurl库来发送HTTP请求。

    #include <iostream>
#include <string>
#include <curl/curl.h>	
// 回调函数，用于处理HTTP响应数据
size_t WriteCallback(void* contents, size_t size, size_t nmemb, void* userp) {size_t totalSize = size * nmemb;((std::string*)userp)->append((char*)contents, totalSize);return totalSize;
}	
// GET请求
void GetProducts() {CURL* curl;CURLcode res;std::string readBuffer;	curl_global_init(CURL_GLOBAL_DEFAULT);curl = curl_easy_init();	if (curl) {curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://localhost:5056/api/products");curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, WriteCallback);curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, &readBuffer);	// 执行请求res = curl_easy_perform(curl);	// 检查请求是否成功if (res != CURLE_OK) {std::cerr << "curl_easy_perform() failed: " << curl_easy_strerror(res) << std::endl;}else {std::cout << "Response: " << readBuffer << std::endl;}	curl_easy_cleanup(curl);}	curl_global_cleanup();
}// POST请求
void AddProduct(const std::string& product) {CURL* curl;CURLcode res;std::string readBuffer;	curl_global_init(CURL_GLOBAL_DEFAULT);curl = curl_easy_init();	if (curl) {// 设置URLcurl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://localhost:5056/api/products");	// 设置HTTP头struct curl_slist* headers = NULL;headers = curl_slist_append(headers, "Content-Type: application/json");	// 设置POST数据std::string jsonData = "{\"product\":\"" + product + "\"}";	curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_HTTPHEADER, headers);curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_POSTFIELDS, jsonData.c_str());	// 处理响应curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, WriteCallback);curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, &readBuffer);	// 执行请求res = curl_easy_perform(curl);// 检查请求是否成功if (res != CURLE_OK) {std::cerr << "curl_easy_perform() failed: " << curl_easy_strerror(res) << std::endl;}else {std::cout << "Response: " << readBuffer << std::endl;}curl_easy_cleanup(curl);curl_slist_free_all(headers);}curl_global_cleanup();
}	
int main() {// 获取所有产品GetProducts();// 添加新产品AddProduct("Product4");// 获取所有产品，查看是否添加成功GetProducts();int i;std::cin >> i;return 0;
}

  3. 编译并运行C++代码 在这里插入图片描述

5. 注意事项

  1. 安全性：在生产环境中，请使用SSL证书，确保API通信的安全性。在开发环境中可以临时禁用SSL验证。
  2. 数据格式：通常REST API使用JSON格式传递数据，便于解析。
  3. 错误处理：在生产中，要添加错误处理，捕获网络问题和API错误状态码，确保程序稳定性。

6. 应用场景

  • 跨平台通信：REST API允许不同编程语言和平台的程序通过HTTP协议进行通信，适用于需要跨平台数据交互的项目。
  • 网络服务：REST API广泛用于微服务架构，可实现松耦合的服务部署和集成。

7. 优缺点

  • 优点：
    • 标准化的HTTP协议，支持跨平台通信。
    • 支持不同的数据格式，如JSON和XML，数据处理灵活。
  • 缺点：
    • 通信效率受限于网络性能，特别是在传输大量数据时可能带来延迟。
    • 使用HTTP请求可能比本地IPC方法（如命名管道、共享内存等）稍慢。

8. 总结

REST API 提供了一种灵活且标准化的通信方式，能够在不同语言和平台间实现通信。通过本文的示例代码，C++ 和 C# 程序可以借助 REST API 实现数据交互。这种方法尤其适合分布式应用和微服务架构的设计。
在下一篇中，我们将介绍gRPC，这是一个高效的跨平台通信协议，非常适合高性能需求的场景。

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