3. Array & Vector

array(어레이)는 C++11에 추가된 시퀀스 컨테이너로 C의 배열과 유사하다.

 

C++에서 헤더파일 <array>를 인클루드하면 array를 사용할 수 있다. 이 헤더파일에는 array 구조체가 정의되어 있다.

 

STL은 템플릿으로 구현되어 있기 때문에 STL 변수를 선언할 때는 typename을 명시해 주어야 한다. array의 경우 선언할 때 typename과 함께 array의 크기를 명시해야 한다.

array<int,5> a;

이렇게 하면 크기가 $5$인 array가 선언된다. array는 배열과 마찬가지로 지역 변수로 선언할 경우 쓰레기값이 남아 있으므로 초기화를 해야 한다.

 

array의 멤버 함수는 다음과 같다:

a.front();	a의 첫 번째 원소를 참조한다.
a.back();	a의 마지막 원소를 참조한다.
a.size();	a에 들어 있는 원소의 개수를 반환한다.
a.empty();	a가 비었는지 확인한다.
a.begin();	a의 첫 원소를 가리키는 반복자를 반환한다.
a.end();	a의 끝을 가리키는 반복자를 반환한다.
a.rbegin();	a의 역 순차열의 첫 원소를 가리키는 반복자를 반환한다.
a.rend();	a의 역 순차열의 끝을 가리키는 반복자를 반환한다.
a.data();	a의 첫 원소를 가리키는 포인터를 반환한다.
a.at(i);	a의 i번째 원소를 참조한다.
a.max_size();	a가 담을 수 있는 원소의 최대 개수를 반환한다.
a.fill(x);	a의 모든 원소를 x로 바꾼다.
a.swap(b);	a와 b를 맞바꾼다.

array::at 함수와 []를 이용한 접근의 차이는 범위 검사 여부이다. array::at 함수는 범위 밖의 인덱스를 지정하면 에러가 발생한다. 또한 array::data 함수는 크기가 $0$인 array에서 사용하면 널포인터를 반환할 수 있다.

 

array는 함수의 인자로 전달될 때 포인터로 변환하지 않아도 되는 등의 장점이 있지만, 거의 대부분 이 컨테이너를 알게 되는 시점이 C의 정적 배열과 다음 문단에 나오는 std::vector에 이미 익숙해진 후라서 잘 사용하지 않는다. C++11 표준이라 그 이전 표준에서는 지원하지 않는다는 점도 사용 빈도가 낮은 이유 중 하나이다.

 

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vector(벡터)는 가장 많이 사용되는 시퀀스 컨테이너로 array에 비해 더 많은 기능이 제공된다. 헤더파일 <vector>를 인클루드하면 vector를 사용할 수 있으며, vector 클래스의 정의는 <vector> 내부에서 인클루드하는 헤더파일 <bits/stl_vector.h>에 되어 있다.

 

벡터의 선언과 초기화는 크게 다섯 가지 방법으로 할 수 있다. 선언 방법은 다음과 같다:

1. vector<int> v;
2. vector<int> v(n);
3. vector<int> v(n,x);
4. vector<int> v(w);
5. vector<int> v(b,e);

1번과 같이 변수명 뒤에 아무것도 붙지 않는 경우 v는 빈 벡터로 선언된다. (빈 벡터는 엄연한 표준 문법으로, 크기가 0인 배열이 비표준 확장 문법이고 도무지 쓸 일이 없는 것과는 다르다.) 2~5번은 벡터를 선언 시 초기화하는 서로 다른 방법인데, 2번과 같이 선언할 경우 v는 기본값(일반적으로 0)으로 초기화된 n개의 원소를 갖는 벡터가 된다. 3번과 같이 선언해서 초기값을 지정하면 v는 x로 초기화된 n개의 원소를 갖는 벡터가 된다. 4번은 다른 벡터와 똑같은 벡터를 선언할 때 사용하며, 이렇게 선언하면 v는 벡터 w의 복사본이 된다. 5번은 반복자 구간을 이용한 선언으로, 이렇게 선언하면 v는 반복자 구간 [b,e)의 값들로 초기화된다. 시퀀스 컨테이너, 연관 컨테이너, 유사 컨테이너의 반복자 모두 초기화에 사용할 수 있다.

 

다음은 vector의 멤버 함수이다. array의 멤버 함수 중 array::fill 함수를 제외한 12개의 함수가 vector에도 내장되어 있고, 기능이 사실상 동일하므로 이 함수들에 대한 설명은 위쪽 문단을 참고하면 된다.

v.push_back(x);	v의 끝에 x를 추가한다.
v.pop_back();	v의 마지막 원소를 삭제한다.
v.assign(n,x);	v에 x 원소 n개를 할당한다.
v.assign(b,e);	v에 반복자 구간 [b,e)의 원소를 할당한다.
v.reserve(n);	v에 n개의 원소를 저장할 수 있는 공간을 예약한다.
v.resize(n);	v의 크기를 n으로 변경하고 추가되는 공간의 값들을 기본값으로 초기화한다.
v.resize(n,x);	v의 크기를 n으로 변경하고 추가되는 공간의 값들을 x로 초기화한다.
v.insert(p,x);	p가 가리키는 위치에 x를 삽입한다.
v.insert(p,n,x);	p가 가리키는 위치에 n개의 x를 삽입한다.
v.insert(p,b,e);	p가 가리키는 위치에 반복자 구간 [b,e)의 원소를 삽입한다.
v.capacity();	v에 할당된 공간의 크기를 반환한다.
v.clear();	v의 모든 원소를 삭제한다.
v.erase(p);	p가 가리키는 위치의 값을 삭제한다.
v.erase(b,e);	반복자 구간 [b,e)에 포함된 원소들을 삭제한다.
v.emplace(p,x);	p가 가리키는 위치의 바로 앞에 x를 삽입한다.
v.emplace_back(x);	v의 끝에 x를 추가한다.
v.shrink_to_fit();	v의 용량을 v의 원소의 수에 맞게 줄인다.
v.get_allocator();	v에 설정된 할당기를 반환한다.

벡터의 용량과 크기는 다른 개념이다. 벡터의 크기는 벡터 안에 있는 원소의 수와 같고, 벡터의 용량은 그 벡터가 저장할 수 있는 원소의 수와 같다. 따라서 벡터의 크기는 벡터의 용량보다 작거나 같다. vector::reserve 함수를 사용할 경우 벡터의 용량은 max(n,v.size())가 된다. 이때 새로 예약된 공간에는 쓰레기값이 남아 있다. vector::assign 함수를 사용할 경우 벡터의 크기는 $n$이 된다. vector::shrink_to_fit 함수를 사용할 경우 벡터의 용량은 벡터의 크기와 같아진다.

 

또 하나 유의할 점은 vector::push_back 함수는 그냥 쓰면 꽤 느릴 수 있다는 것이다. 아래 코드에서 $p$의 값을 바꿔 가면서 실행시간을 측정하면 $p = 1$일 때 시간이 가장 느리게 나오는 것을 알 수 있다.

#import<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> a;
    deque<int> b;
    stack<int> c;
    queue<int> d;
    
    int p = 1;
    clock_t x = clock();
    
    if(p == 1)for(int i = 0; i < 6000000; i++)a.push_back(i);
    if(p == 2)for(int i = 0; i < 6000000; i++)b.push_back(i);
    if(p == 3)for(int i = 0; i < 6000000; i++)c.push(i);
    if(p == 4)for(int i = 0; i < 6000000; i++)d.push(i);
    
    cout << "Time : " << (clock() - x) / 1000.;
}

vector::reserve 함수를 이용하면 이러한 문제가 줄어들지만, 무심코 그냥 사용할 수도 있으니 주의해야 한다.

 

vector에 오버로딩된 연산자는 비교, 동등 연산자(<, <=, ==, !=, >, >=)와 [] 연산자이다. 비교 연산자는 두 벡터의 원소를 문자열처럼 비교해서 bool 값을 반환한다. v[i]와 v.at(i)의 값은 기본적으로 같지만 vector::at 함수는 i가 vector의 범위를 벗어나면 out_of_range 에러가 발생한다.

 

또한 C++20에서 <=>(삼단 비교 연산자; 우주선 연산자)이라는 새로운 비교 연산자가 추가되었다. C++17까지는 두 객체 a와 b를 비교했을 때 a<b, a==b, a>b의 세 가지 결과를 구별하기 위해서 비교를 두 번 해야 했지만 <=> 연산자를 쓰면 한 번의 비교로 세 가지 결과를 구별할 수 있다. 이 연산자를 쓰기 위해서는 <compare> 헤더파일을 인클루드해야 한다. 이 헤더파일 역시 C++20에서 새로 추가되었다.