10.4.2. Потоковые итераторы

Хотя типы iostream не относятся к контейнерам, есть итераторы, применимые к объектам типов ввода-вывода (см. раздел 8.1). Итератор istream_iterator (табл. 10.3) читает входной поток, а итератор ostream_iterator (табл. 10.4) пишет в поток вывода. Эти итераторы рассматривают свой поток как последовательность элементов определенного типа. Используя потоковый итератор, можно применять обобщенные алгоритмы для чтения или записи данных в объекты потоков.

Таблица 10.3. Операторы итератора istream_iterator

Использование итератора istream_iterator

Когда создается потоковый итератор, необходимо определить тип объектов, которые итератор будет читать или записывать. Итератор istream_iterator использует оператор >> для чтения из потока. Поэтому тип, читаемый итератором istream_iterator, должен определять оператор ввода. При создании итератор istream_iterator следует связать с потоком. В качестве альтернативы итератор можно инициализировать значением по умолчанию. В результате будет создан итератор, который можно использовать как значение после конца.

istream_iterator<int> int_it(cin); // читает целые числа из cin

istream_iterator<int> int_eof; // конечное значение итератора

ifstream in("afile");

istream_iterator<string> str_it(in); // читает строки из "afile"

Для примера используем итератор istream_iterator для чтения со стандартного устройства ввода в вектор:

istream_iterator<int> in_iter(cin); // читает целые числа из cin

istream_iterator<int> eof;          // "конечный" итератор istream

while (in_iter != eof)              // пока есть что читать

 // постфиксный инкремент читает поток и возвращает прежнее значение

 // итератора. Обращение к значению этого итератора предоставляет

 // предыдущее значение, прочитанное из потока

 vec.push_back(*in_iter++);

Этот цикл читает целые числа из потока cin, сохраняя прочитанное в вектор vec. На каждой итерации цикл проверяет, не совпадает ли итератор in_iter со значением eof. Этот итератор был определен как пустой итератор istream_iterator, который используется как конечный итератор. Связанный с потоком итератор равен конечному итератору, только если связанный с ним поток достиг конца файла или произошла ошибка ввода-вывода.

Самая трудная часть этой программы — аргумент функции push_back(), который использует обращение к значению и постфиксные операторы инкремента. Это выражение работает точно так же, как и другие выражения, совмещающие обращение к значению с постфиксным инкрементом (см. раздел 4.5). Постфиксный инкремент переводит поток на чтение следующего значения, но возвращает прежнее значение итератора. Это прежнее значение содержит прежнее значение, прочитанное из потока. Для того чтобы получить это значение, осуществляется обращение к значению этого итератора.

Особенно полезно то, что эту программу можно переписать так:

istream_iterator<int> in_iter(cin), eof; // читает целые числа из cin

vector<int> vec(in_iter, eof);           // создает вектор vec из

                                         // диапазона итераторов

Здесь вектор vec создается из пары итераторов, которые обозначают диапазон элементов. Это итераторы istream_iterator, следовательно, диапазон получается при чтении связанного потока. Этот конструктор читает поток cin, пока он не встретит конец файла, или ввод, тип которого отличается от int. Прочитанные элементы используются для создания вектора vec.

Использование потоковых итераторов с алгоритмами

Поскольку алгоритмы используют функции итераторов, а потоковые итераторы поддерживают по крайней мере некоторые функции итератора, потоковые итераторы можно использовать с некоторыми из алгоритмов. Какие именно алгоритмы применимы с потоковыми итераторами, рассматривается в разделе 10.5.1. В качестве примера рассмотрим вызов функции accumulate() с парой итераторов istream_iterators:

istream_iterator<int> in (cin), eof;

cout << accumulate(in, eof, 0) << endl;

Этот вызов создаст сумму значений, прочитанных со стандартного устройства ввода. Если ввод в этой программе будет таким:

23 109 45 89 6 34 12 90 34 23 56 23 8 89 23

то результат будет 664.

Итераторы istream_iterator позволяют использовать ленивое вычисление

То, что итератор istream_iterator связан с потоком, еще не гарантирует, что он начнет читать поток немедленно. Некоторые реализации разрешают задержать чтение потока, пока итератор не будет использован. Гарантированно, что поток будет прочитан перед первым обращением к значению итератора. Для большинства программ не имеет никакого значения, будет ли чтение немедленным или отсроченным. Но если создается итератор istream_iterator, который удаляется без использования, или если необходима синхронизация чтения того же потока из двух разных объектов, то тогда придется позаботиться и о моменте чтения.

Использование итератора ostream_iterator

Итератор ostream_iterator может быть определен для любого типа, у которого есть оператор вывода (оператор <<). При создании итератора ostream_iterator можно (необязательно) предоставить второй аргумент, определяющий символьную строку, выводимую после каждого элемента. Это должна быть символьная строка в стиле С (т.е. строковый литерал или указатель на массив с нулевым символом в конце). Итератор ostream_iterator следует связать с определенным потоком. Не бывает пустого итератора ostream_iterator или такового после конца.

Таблица 10.4. Операторы итератора ostream_iterator

Итератор ostream_iterator можно использовать для записи последовательности значений:

ostream_iterator<int> out_iter(cout, " ");

for (auto e : vec)

 *out_iter++ = e; // это присвоение запишет элемент в cout

cout << endl;

Эта программа запишет каждый элемент вектора vec в поток cout, сопровождая каждый элемент пробелом. При каждом присвоении значения итератора out_iter происходит запись.

Следует заметить, что при присвоении итератору out_iter можно пропустить обращение к значению и инкремент. Таким образом, этот цикл можно переписать так:

for (auto е : vec)

 out_iter = е; // это присвоение запишет элемент в cout

cout << endl;

Операторы * и ++ ничего не делают с итератором ostream_iterator, поэтому их пропуск никак не влияет на программу. Но предпочтительней писать цикл как в первом варианте. Он использует итератор единообразно с тем, как используются итераторы других типов. Этот цикл можно легко изменить так, чтобы он выполнялся итераторами других типов. Кроме того, поведение этого цикла понятней читателям нашего кода.

Чтобы не сочинять цикл самостоятельно, можно легко ввести элементы в вектор vec при помощи алгоритма copy():

copy(vec.begin(), vec.end(), out_iter);

cout << endl;

Использование потоковых итераторов с типами класса

Итератор istream_iterator можно создать для любого типа, у которого есть оператор ввода (>>). Точно так же итератор ostream_iterator можно определить для любого типа, обладающего оператором вывода (<<). Поскольку у класса Sales_item есть оба оператора (ввода и вывода), итераторы ввода-вывода вполне можно использовать, чтобы переписать программу книжного магазина из раздела 1.6:

istream_iterator<Sales_item> item_iter(cin), eof;

ostream_iterator<Sales_item> out_iter(cout, " ");

// сохранить первую транзакцию в sum и читать следующую запись

Sales_item sum = *item_iter++;

while (item_iter != eof) {

 // если текущая транзакция (хранимая в item_iter) имеет тот же ISBN

 if (item_iter->isbn() == sum.isbn())

  sum += *item_iter++; // добавить ее к sum и читать следующую

                       // транзакцию

 else {

  out_iter = sum;      // вывести текущую сумму

  sum = *item_iter++;  // читать следующую транзакцию

 }

}

out_iter = sum; // не забыть вывести последний набор записей

Эта программа использует итератор item_iter для чтения транзакций Sales_item из потока cin. Она использует итератор out_iter для записи полученной суммы в поток cout, сопровождая каждый вывод символом новой строки. Определив итераторы, используем итератор item_iter для инициализации переменной sum значением первой транзакции:

// сохранить первую транзакцию в sum и читать следующую запись

Sales_item sum = *item_iter++;

Выражение осуществляет обращение к значению результата постфиксного инкремента итератора item_iter. Затем оно читает следующую транзакцию и инициализирует переменную sum значением, предварительно сохраненным в item_iter.

Цикл while выполняется до тех пор, пока поток cin не встретит конец файла. В цикле while осуществляется проверка, не относится ли содержимое переменной sum и только что прочитанная запись к той же книге. Если это так, то только что прочитанный объект класса Sales_item добавляется в переменную sum. Если ISBN отличаются, переменная sum присваивается итератору out_iter, который выводит текущее значение переменной sum, сопровождаемое символом новой строки. После вывода суммы для предыдущей книги переменной sum присваивается копия последней прочитанной транзакции и осуществляется инкремент итератора для чтения следующей транзакции. Цикл продолжается до конца файла или ошибки чтения. Перед завершением следует вывести значения по последней книге во вводе.

Упражнения раздела 10.4.2

Упражнение 10.29. Напишите программу, использующую потоковые итераторы для чтения текстового файла в вектор строк.

Упражнение 10.30. Используйте потоковые итераторы, а также функции sort() и copy() для чтения последовательности целых чисел со стандартного устройства ввода, их сортировки и последующего вывода на стандартное устройство вывода.

Упражнение 10.31. Измените программу из предыдущего упражнения так, чтобы она выводила только уникальные элементы. Программа должна использовать алгоритм unique_copy() (см. раздел 10.4.1).

Упражнение 10.32. Перепишите программу книжного магазина из раздела 1.6. Используйте вектор для хранения транзакции и различные алгоритмы для обработки. Используйте алгоритм sort() с собственной функцией compareIsbn() из раздела 10.3.1 для упорядочивания транзакций, а затем используйте алгоритмы find() и accumulate() для вычисления суммы.

Упражнение 10.33. Напишите программу, получающую имена входного и двух выходных файлов. Входной файл должен содержать целые числа. Используя итератор istream_iterator, прочитайте входной файл. Используя итератор ostream_iterator, запишите нечетные числа в первый выходной файл. За каждым значением должен следовать пробел. Во второй файл запишите четные числа. Каждое из этих значений должно быть помещено в отдельную строку.