C++ Vector

Vector

Vector 란?

C++에서 vector 는 가변 크기 배열을 다루기 위한 표준 라이브러리 컨테이너다.

쉽게 말하면 배열처럼 index로 접근할 수 있는데 크기가 자동으로 늘어나는 자료구조 라고 보면 된다.

Standard Template Library (STL) [ C++표준 라이브러리 ]

메모리 자동 관리가 제공되는 자료구조 라이브러리다. 템플릿 프로그래밍 기반이라, 다양한 자료형의 데이터들을 저장 할 수 있다.

STL 자료구조에는 Vector, Map, Set, Stack, Queue, List 등이 존재한다. STL 자료구조는 컨테이너 라고도 불린다.

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vector 를 왜 쓰는가?

vector 를 쓰는 가장 큰 이유는 배열보다 훨씬 유연하기에 쓰인다.

일반 배열

int arr[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };;

• 이렇게 사용하며 크기가 초기화값 으로 고정된다.
• 나중에 크기가 더 필요해도 추가가 불가능 하다.

vector

 

• 크기를 자동으로 조절해준다
• 배열처럼 index 접근이 가능하다
• 데이터 추가 및 삭제가 가능하다
• 메모리를 자동으로 관리한다

이 처럼 개발자가 메모리 크기를 일일이 신경 쓰지 않고도 배열처럼 데이터를 다룰 수 있게 해준다.

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vector 를 사용하려면?

vector 는 표준 라이브러리에 들어 있으므로 헤더를 포함해야 한다.

#include <vector>

그리고 선언할때는

vector<int> v;

 

설명하자면,

• vector 를 클래스
• <int> 를 자료형
• v 를 변수명

클래스<자료형> 변수명이며, 정수들을 저장하는 동적 배열을 만든것이다

 

초기값을 넣어 만들수도 있다.

vector<int> v = {10, 20, 30};

 

크기를 정해서 만들기도 가능하다

vector<int> v(5);

 

크기와 초기값을 함께 지정 할 수 있다.

vector<int> v(5, 100);

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push_back() 함수

vector 의 맨 뒤에 요소를 추가해준다.

예시

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> v;

    v.push_back(10);
    v.push_back(20);
    v.push_back(30);

    std::cout << v[0] << std::endl; // 10
    std::cout << v[1] << std::endl; // 20
    std::cout << v[2] << std::endl; // 30
}

출력

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pop_back() 함수

vector 의 맨 뒤에 있는 요소를 제거한다.

허나 비어 있는 vector 에 pop_back() 함수를 호출하면 오류가 발생할 수 있다.

예시

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> v;

    v.push_back(10);
   

    std::cout << v[0] << std::endl; // 10

    v.pop_back();

    std::cout << v[0] << std::endl; // 10?? 
}

출력

실행은 되나 처음 넣었고 출력한 10만 출력이 되고 뒤에 사라진 이후 출력값에서 오류가 발생한다.

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size와 capacity

vector 에는 size() 와 capacity() 라는 개념이 있다.

size ()

 

현재 실제로 들어 있는 요소 개수를 뜻한다

예시

int main()
{
    std::vector<int> v(10, 1);

    std::cout << v.size() << std::endl;

    v.pop_back();
    
    std::cout << v.size() << std::endl;
}

출력

capacity()

현재 확보해둔 저장 공간의 크기를 뜻한다

예시

int main()
{
    std::vector<int> v(10, 1);

    std::cout << "\n내부 :" << v.size() << std::endl;
    std::cout << "총 크기: " << v.capacity() << std::endl;

    v.pop_back();
    
    std::cout << "\n내부 :" << v.size() << std::endl;
    std::cout << "총 크기: " << v.capacity() << std::endl;

    v.push_back(10);
    v.push_back(10);

    std::cout << "\n내부 :" << v.size() << std::endl;
    std::cout << "총 크기: " << v.capacity() << std::endl;
}

출력

여기서 보면 내부 값이 초기 총 크기값 10을 초과하니 재할당을 하여 자동으로 크기를 조절해준다.

재할당을 자주하게 되면 메모리가 연속적으로 배치되어 성능 저하가 일어나게된다.

증가 값은 컴파일 마다 다르며 필자가 사용하는 Visual Studio 는 1.5배 증가시켜준다.

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clear()

모든 요소를 제거한다

예시

int main()
{
    std::vector<int> v(10, 1);

    std::cout << "\n내부 :" << v.size() << std::endl;
    std::cout << "총 크기: " << v.capacity() << std::endl;

    v.clear();

    std::cout << "\n내부 :" << v.size() << std::endl;
    std::cout << "총 크기: " << v.capacity() << std::endl;
}

출력

내부의 있는 요소들은 모두 사라진다.

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empty()

비어 있으면 true 아니면 false 를 반환한다.

예시

int main()
{
    std::vector<int> v;

    if (v.empty())
    {
        std::cout << "공 백" << std::endl;
    }
}

출력

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front(), back()

내부에 있는 첫 번째 요소와 마지막 요소에 접근한다.

예시

int main()
{
    std::vector<int> v = { 10, 20, 30, 40, 50 };

    std::cout << "\n첫 번째 :" << v.front() << std::endl;
    std::cout << "마지막: " << v.back() << std::endl;
}

출력

front(), back(), pop_back() 은 빈 상태에서 호출하게 되면 문제가 생기기에 empty()를 사용하여 비어있는지 확인해주고 사용하는게 좋다. 

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at()

v[i] 처럼 특정 위치의 요소에 접근할 때 사용하지만 자동 범위 검사를 수행하여 안전하게 사용 할 수 있다.

예시

int main()
{
    std::vector<int> v = { 10, 20, 30, 40, 50 };

    std::cout << "\n두 번째: " << v.at(1) << std::endl;
}

출력

필자 처럼 입문중인 사람들이 디버깅 할 때는 at()이 더 안전한 것 같다.

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erase()

해당 멤버 함수는 중간 원소를 지울 때 사용한다.

예시

int main()
{
    std::vector<int> v = { 10, 20, 30, 40, 50, 60 };

    for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
    {
        std::cout << v[i] << " ";
    }

    v.erase(v.begin() + 1);
    std::cout << std::endl;

    for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
    {
        std::cout << v[i] << " ";
    }

    v.erase(v.begin() + 1, v.begin() + 3);
    
    std::cout << std::endl;

    for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
    {
        std::cout << v[i] << " ";
    }
}

출력

여기서 중요한 점이 있다.

erase(시작, 끝) 에서 시작은 포함을 하고 끝은 포함하지 않는다.
요소를 지우면 뒤에 있던 요소들이 앞으로 당겨지며 기존 인덱스의 기준 또한 바뀐다.

 

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insert()

원하는 위치에 값을 넣을 수 있다.

예시

int main()
{
    std::vector<int> v = { 10, 20, 30 };

    v.insert(v.begin() + 1, 11);
    v.insert(v.begin() + 3, 22);

    for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
    {
        std::cout << v[i] << " ";
    }
}

출력

index 1 의 위치에는 11이 들어가고 index 3 의 위치에는 22가 들어가는 것을 볼 수 있다.

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vertor 의 장점, 단점

장점

• 크기를 자동으로 관리하여 직접 메모리 크기를 계산할 필요가 없다
• 연속된 메모리를 쓰기 때문에 인덱스 접근이 빨라 배열처럼 빠르게 접근이 가능하다.
• 함수가 많아서 사용하기 편하다

단점

• 중간 삽입 및 삭제가 느릴 수 있다
• 재할당이 일어나면 그만큼의 비용이 든다
  공간이 부족할 때 더 큰 메모리로 옮기는 과정이 발생하며 그래서 자주 추가가 일어나는  상황에서는 성능 저하가 생긴다.

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reserve()

미리 저장 공간을 확보해두는 함수다. 이게 vector 에서 초기화 값을 지정하는 거랑 비슷한듯 하나 다르다

예시

int main()
{
    std::vector<int> v(10);

    std::cout << v.size() << std::endl;
    std::cout << v.capacity() << std::endl;

    v.reserve(50);

    std::cout << v.size() << std::endl;
    std::cout << v.capacity() << std::endl;
}

출력

출력 값을 보면 바로 크기를 지정하면 10의 크기만큼 0으로 내부 값들이 채워지는 반면 reserve()를 사용하게 되면

공간만 미리 확보하는 방식이다 보니 내부 값은 비어있게 된다.이러면  push_back() 을 사용할 때 수시로 재할당을 하지 않아

성능 저하를 일으키는 일이 사라진다.

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핵심 정리

• 배열처럼 사용이 가능하고 크기가 자동으로 늘어난다.
• 멤버 함수의 수가 많아 다양하게 사용 할 수 있다.
• 내부족으로 연속된 메모리를 사용한다.
• 공간 부족 시 더 큰 공간으로 재할당을 한다.

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마무리

vector 는 단순히 배열을 대체하는 클래스가 아니라 데이터를 유연하고 안전하게 관리할 수 있게 해주는 핵심 컨테이너라는 것을 인지하게 되었다.

 

멤버 함수의 종류도 많고 사용 방법들도 많다보니 당장 전부 사용 할 수는 없겟다만 꾸준히 vector 를 실제로 사용해보고 익숙해 져서 다양하게 사용할 수 있도록 해야겠다.