编辑“︁C++ 流迭代器”︁

{{Note|本文是C++标准模板库(STL)迭代器系列的一部分，重点介绍流迭代器(Stream Iterators)的概念与应用。}}

= C++流迭代器 =
'''流迭代器(Stream Iterators)'''是C++标准模板库(STL)中一类特殊的迭代器适配器，用于将输入/输出流当作序列容器来处理。它们允许开发者使用迭代器接口从流中读取数据或向流中写入数据，从而与STL算法无缝集成。

== 核心概念 ==
流迭代器分为两种主要类型：
* '''istream_iterator'''：输入流迭代器，用于从输入流(如<code>cin</code>或文件流)读取数据
* '''ostream_iterator'''：输出流迭代器，用于向输出流(如<code>cout</code>或文件流)写入数据

流迭代器的典型特征包括：
* 单向迭代（只能前进）
* 不提供随机访问能力
* 输入迭代器只能读取，输出迭代器只能写入

== 输入流迭代器(istream_iterator) ==
输入流迭代器从输入流中提取数据，其模板声明为：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template <class T, class charT = char, class traits = char_traits<charT>, class Distance = ptrdiff_t>
class istream_iterator;
</syntaxhighlight>

=== 基本用法示例 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>

int main() {
    // 从标准输入读取整数，直到遇到非整数或EOF
    std::istream_iterator<int> input_it(std::cin);
    std::istream_iterator<int> eof; // 默认构造表示流结束
    
    std::vector<int> numbers;
    
    // 使用流迭代器填充vector
    while (input_it != eof) {
        numbers.push_back(*input_it++);
    }
    
    // 输出读取的内容
    std::cout << "Read " << numbers.size() << " numbers:\n";
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输入示例'''：
<pre>
10 20 30 40 x
</pre>

'''输出示例'''：
<pre>
Read 4 numbers:
10 20 30 40 
</pre>

=== 工作原理 ===
* 当创建<code>istream_iterator</code>时，它会立即尝试从流中读取第一个值
* 每次解引用(<code>*</code>)操作返回当前缓存的值
* 递增(<code>++</code>)操作会读取下一个值
* 默认构造的迭代器作为流结束标记

== 输出流迭代器(ostream_iterator) ==
输出流迭代器向输出流中插入数据，其模板声明为：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template <class T, class charT = char, class traits = char_traits<charT>>
class ostream_iterator;
</syntaxhighlight>

=== 基本用法示例 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 创建输出流迭代器，指定cout为输出流，分隔符为", "
    std::ostream_iterator<int> output_it(std::cout, ", ");
    
    // 使用流迭代器输出vector内容
    for (int num : vec) {
        *output_it++ = num; // 等价于 std::cout << num << ", ";
    }
    
    std::cout << "\n";
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例'''：
<pre>
1, 2, 3, 4, 5, 
</pre>

=== 工作原理 ===
* 赋值操作(<code>=</code>)会将值写入输出流
* 递增操作(<code>++</code>)不做实际工作，仅为保持接口一致性
* 可以指定可选的分隔符字符串，在每次写入后输出

== 流迭代器与STL算法结合 ==
流迭代器的真正威力在于与STL算法的结合使用：

=== 文件复制示例 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <fstream>
#include <iterator>
#include <algorithm>

int main() {
    std::ifstream input_file("input.txt");
    std::ofstream output_file("output.txt");
    
    // 使用流迭代器复制文件内容
    std::istream_iterator<char> input_it(input_file);
    std::istream_iterator<char> eof;
    std::ostream_iterator<char> output_it(output_file);
    
    std::copy(input_it, eof, output_it);
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 数值处理管道 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>

int main() {
    // 从标准输入读取双精度数
    std::istream_iterator<double> input_it(std::cin);
    std::istream_iterator<double> eof;
    
    // 计算输入数值的平均值
    double sum = std::accumulate(input_it, eof, 0.0);
    int count = std::distance(input_it, eof);
    
    std::cout << "Average: " << (sum / count) << "\n";
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 高级应用 ==
=== 自定义类型的流迭代 ===
要使自定义类型支持流迭代器，需要重载<code><<</code>和<code>>></code>运算符：

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>

struct Point {
    double x, y;
    
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Point& p) {
        return is >> p.x >> p.y;
    }
    
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {
        return os << "(" << p.x << ", " << p.y << ")";
    }
};

int main() {
    std::vector<Point> points;
    
    // 从标准输入读取点
    std::copy(std::istream_iterator<Point>(std::cin),
              std::istream_iterator<Point>(),
              std::back_inserter(points));
    
    // 输出所有点
    std::copy(points.begin(), points.end(),
              std::ostream_iterator<Point>(std::cout, "\n"));
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输入示例'''：
<pre>
1.0 2.0
3.5 4.2
</pre>

'''输出示例'''：
<pre>
(1.0, 2.0)
(3.5, 4.2)
</pre>

== 性能考虑 ==
* 流迭代器通常比直接流操作稍慢，因为增加了抽象层
* 对于大量数据，考虑使用缓冲区或直接流操作
* 在性能关键代码中应进行基准测试

== 常见错误与陷阱 ==
1. '''悬空迭代器'''：流被销毁后继续使用关联的流迭代器
2. '''状态检查'''：忘记检查流状态可能导致无限循环
3. '''类型不匹配'''：流数据类型与迭代器模板参数不匹配
4. '''多次解引用'''：输入流迭代器每次解引用都会导致值被读取

== 总结表 ==
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! istream_iterator !! ostream_iterator
|-
| 方向 || 输入 || 输出
|-
| 可解引用 || 是 || 否(但可赋值)
|-
| 可递增 || 是 || 是(无实际效果)
|-
| 结束标记 || 默认构造的迭代器 || 无
|-
| 典型用途 || 从流读取数据 || 向流写入数据
|}

== 进一步学习 ==
* 结合<code>std::copy</code>和其他STL算法使用流迭代器
* 探索<code>istreambuf_iterator</code>和<code>ostreambuf_iterator</code>处理原始字符流
* 研究如何将流迭代器与并行算法结合使用(C++17及以上)

{{Tip|流迭代器是连接STL算法与I/O系统的强大工具，合理使用可以大幅简化代码并提高可读性。}}

[[Category:编程语言]]
[[Category:C++]]
[[Category:C++stl 迭代器]]