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

using namespace std;

class numfilterbuf : public streambuf {
private:
	istream *in;
	ostream *out;
	
	int cur; //последнее считанное значение, используется в underflow()
protected:

	/* функции записи в поток: */
	
	virtual int overflow(int c) override {
		if (c == traits_type::eof()){
			return traits_type::eof();
		}
		
		char_type ch = static_cast<char_type>(c);
		if (ch == ' ' || (ch >= '0' && ch <= '9')){ // отдаем пробелы и цифры
			out->put(ch);
			//если что-то не записалось, отдаем EOF
			return out->good() ? ch : traits_type::eof();
		}
		
		return ch;
	}
	
	/* функции чтения из потока: */
	
	//реализация по-умолчанию инкрементирует позицию указателя в буфере и вызывает segmentation fault
	virtual int uflow() override {
		int c = underflow();
		cur = traits_type::eof(); //говорим underflow() считать следующий символ при следующем вызове
		return c;
	}
	
	virtual int underflow() override {
		if (cur != traits_type::eof()){
			return cur;
		}
		
		// пока можем читать, читаем
		while (in->good()){
			cur = in->get();
			if (cur == traits_type::eof()){
				return traits_type::eof();
			}
			
			char_type ch = static_cast<char_type>(cur);
			if (ch == ' ' || (ch >= '0' && ch <= '9')){ // отдаем только пробелы и цифры
				return ch;
			}
		}
		
		return traits_type::eof();			
	}
public:
	numfilterbuf(istream &_in, ostream &_out)
		: in(&_in), out(&_out), cur(traits_type::eof())
	{}
};

int main(int argc, char **argv){
	const char str1[] = "In 4 bytes contains 32 bits";
	const char str2[] = "Unix time starts from Jan 1, 1970";
	istringstream str(str1);
	
	numfilterbuf buf(str, cout); // читать из stringstream, выводить в консоль
	iostream numfilter(&buf); // таким образом обходимся без реализации своего наследника iostream
	
	string val;
	getline(numfilter, val);
	numfilter.clear(); // сбросить невалидное состояние после EOF в процессе чтения из stringstream
	
	cout << "Original: '" << str1 << "'" << endl;
	cout << "Read from numfilter: '" << val << "'" << endl;
	
	cout << "Original: '" << str2 << "'" << endl;
	cout << "Written to numfilter: '";
	numfilter << str2;
	cout << "'" << endl;
	
	return 0;
}

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

using namespace std;

class blockoutputbuf : public streambuf {
private:
	ostream *out;
	vector<char_type> buffer;
	string startb, endb;
protected:
	virtual int overflow(int c) override {
		if (out->good() && c != traits_type::eof()){
			*pptr() = c; //тут нам пригодился 1 "лишний" символ, убранный в конструкторе
			pbump(1); //смещаем указатель позиции буфера на реальный конец буфера
			return sync() == 0 ? c : traits_type::eof();
		}

		return traits_type::eof();
	}
	
	virtual int sync() override {
		if (pptr() == pbase()) //если буфер пуст, то и синхронизировать нечего
			return 0;

		ptrdiff_t sz = pptr() - pbase(); //вычисляем, сколько символов записано в буффер

		//заворачиваем буфер в наш блок
		*out << startb;
		out->write(pbase(), sz);
		*out << endb;
		
		if (out->good()){
			pbump(-sz); //при успехе перемещаем указатель позиции буфера в начало
			return 0;
		}
		
		return -1;
	}
public:
	blockoutputbuf(ostream &_out, size_t _bufsize, string _startb, string _endb)
		: out(&_out), buffer(_bufsize), startb(_startb), endb(_endb)
	{
		char_type *buf = buffer.data();
		setp(buf, buf + (buffer.size() - 1)); // -1 для того, чтобы упростить реализацию overflow()
	}
};

int main(int argc, char **argv){
	const char str1[] = "In 4 bytes contains 32 bits";
	const char str2[] = "Unix time starts from Jan 1, 1970";
	
	blockoutputbuf buf(cout, 10, "<start>", "<end>\n");
	ostream blockoutput(&buf);
	
	cout << "Original: '" << str1 << "'" << endl;
	cout << "Written to blockoutputbuf: '";
	blockoutput << str1;
	blockoutput.flush(); //"сбросить" то, что не отправлено на консоль из str1
	cout << "'" << endl;
	
	cout << "Original: '" << str2 << "'" << endl;
	cout << "Written to blockoutputbuf: '";
	blockoutput << str2;
	blockoutput.flush();
	cout << "'" << endl;
	
	return 0;
}

Original: 'In 4 bytes contains 32 bits'
Written to blockoutputbuf: '<start>In 4 bytes<end>
<start> contains <end>
<start>32 bits<end>
'
Original: 'Unix time starts from Jan 1, 1970'
Written to blockoutputbuf: '<start>Unix time <end>
<start>starts fro<end>
<start>m Jan 1, 1<end>
<start>970<end>
'

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class cfilebuf : public streambuf {
private:
	vector<char_type> buffer;
	FILE *file;
protected:
	virtual int underflow() override {
		if (!file)
			return traits_type::eof();
			
		if (gptr() < egptr()) //если буфер не пуст, вернем текущий символ
			return *gptr();
		
		char_type *start = eback();
		//читаем не больше символов, чем вмещает буфер
		size_t rd = fread(start, sizeof(char_type), buffer.size(), file);
		//указываем размер буфера не больше, чем было считано символов
		setg(start, start, start + rd);
		
		return rd > 0 ? *gptr() : traits_type::eof();
	}
public:
	cfilebuf(size_t _bufsize)
		: buffer(_bufsize), file(nullptr)
	{
		char_type *start = buffer.data();
		char_type *end = start + buffer.size();
		setg(start, end, end); //устанавливаем eback = start, gptr = end, egptr = end
		//т.к. gptr == egptr, буфер по факту пуст и будет заполнен при первой попытке чтения
	}
	
	~cfilebuf(){
		close();
	}
	
	bool open(string fn){
		close();
		file = fopen(fn.c_str(), "r");
		return file != nullptr;
	}
	
	void close(){
		if (file){
			fclose(file);
			file = nullptr;
		}
	}
};

int main(int argc, char **argv){
	cfilebuf buf(10);
	istream in(&buf);
	string line;
	
	buf.open("file.txt");
	while (getline(in, line)){
		cout << line << endl;
	}
	
	return 0;
}

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class cfilebuf : public streambuf {
private:
	vector<char_type> buffer;
	FILE *file;
	streampos pos_base; //позиция в файле для eback

	streampos fill_buffer_from(streampos newpos, int dir = SEEK_SET) {
		if (!file || fseek(file, newpos, dir) == -1)
			return -1;
		//запоминаем текущую позицию в файле для eback
		long pos = ftell(file);
		if (pos < 0)
			return -1;
		pos_base = pos;

		char_type *start = eback();
		//читаем не больше символов, чем вмещает буфер
		size_t rd = fread(start, sizeof(char_type), buffer.size(), file);
		//указываем размер буфера не больше, чем было считано символов
		setg(start, start, start + rd);

		return rd > 0 && pos_base >= 0 ? pos_base : streampos(-1);
	}
protected:
	virtual int underflow() override {
		if (!file)
			return traits_type::eof();

		if (gptr() < egptr()) //если буфер не пуст, вернем текущий символ
			return *gptr();

		streampos pos;
		if (pos_base < 0) { //если буфер еще не заполнялся, заполняем с начала
			pos = fill_buffer_from(0);
		}
		else { //иначе заполняем со следующего несчитанного символа
			pos = fill_buffer_from(pos_base + egptr() - eback());
		}

		return pos != streampos(-1) ? *gptr() : traits_type::eof();
	}

	//второй аргумент в нашем случае всегда содержит ios_base::in
	//однако в общем случае может содержать и ios_base::out и даже сразу оба (побитовое ИЛИ)
	virtual streampos seekpos(streampos sp, ios_base::openmode which) override {
		if (!(which & ios_base::in))
			return streampos(-1);
		return fill_buffer_from(sp);
	}

	//обработка трех вариантов позиционирования: с начала, с текущей позиции и с конца
	virtual streampos seekoff(streamoff off, ios_base::seekdir way, ios_base::openmode which) override {
		if (!(which & ios_base::in))
			return streampos(-1);

		switch (way) {
		default:
		case ios_base::beg: return fill_buffer_from(off, SEEK_SET);
		case ios_base::cur: return fill_buffer_from(pos_base + gptr() - eback() + off); //учитываем позицию от начала в нашем буфере
		case ios_base::end: return fill_buffer_from(off, SEEK_END);
		}
	}

	virtual int pbackfail(int c) override {
		//когда gptr > eback, значит в буфере есть символ на нужной позиции,
		//но он не совпал с переданным, запрещаем
		if (pos_base <= 0 || gptr() > eback())
			return traits_type::eof();

		//загружаем в буфер данные, начиная с предыдущего символа	
		if (fill_buffer_from(pos_base - streampos(1L)) == streampos(-1))
			return traits_type::eof();

		if (*gptr() != c) {
			gbump(1); //возвращаемся назад, неудачная операция
			return traits_type::eof();
		}

		return *gptr();
	}
public:
	cfilebuf(size_t _bufsize)
		: buffer(_bufsize), file(nullptr), pos_base(-1)
	{
		char_type *start = buffer.data();
		char_type *end = start + buffer.size();
		setg(start, end, end); //устанавливаем eback = start, gptr = end, egptr = end
	}

	~cfilebuf() {
		close();
	}

	bool open(string fn) {
		close();
		file = fopen(fn.c_str(), "r");
		return file != nullptr;
	}

	void close() {
		if (file) {
			fclose(file);
			file = nullptr;
		}
	}
};

void read_to_end(istream &in) {
	string line;
	while (getline(in, line)) {
		cout << line << endl;
	}
}

int main(int argc, char **argv) {
	cfilebuf buf(10);
	istream in(&buf);
	buf.open("file.txt");

	read_to_end(in);
	in.clear(); //очистить невалидное состояние после конца файла

	cout << endl << endl << "Read last 6 symbols:" << endl;
	in.seekg(-5, ios_base::end); //передвинем позицию так, чтобы можно было считать 5 последних символов
	in.seekg(-1, ios_base::cur); //а лучше 6, чтобы слово целиком влезло :)
	read_to_end(in);
	in.clear();

	cout << endl << endl << "Read all again:" << endl;
	in.seekg(0);
	read_to_end(in);
	in.clear();

	in.seekg(2); //заставляем наш буфер начинаться с 3-го символа в файле (чтобы в буфере не было первых 2-ух)
	in.get();
	in.putback('b');
	in.putback('a'); //без pbackfail() этот код не сработал бы и привел бы поток в невалидное состояние
	in.putback('H');

	string word;
	in >> word;
	cout << endl << endl << "Read word after putback(): " << word << endl;

	return 0;
}