[JAVA] 배열 (Array)

자바(JAVA)

배열은 거의 모든 프로그래밍 언어에 공통적으로 존재하는 자료형이다

언어에 따라 각자 특성에 맞게 조금씩 차이가 있는데

자바의 배열은 어떤 차이가 있는지 알아보자

배열(Array) 이란?

배열은 같은 타입의 여러 변수를 하나의 묶음으로 다루는 것

예를들어 학생 10000명의 점수를 변수에 저장해야 하는 경우 배열이 없다면

10000개의 int 타입의 변수를 선언을 해주어야 하는 난감한 상황이 벌어진다.

int score1;
int score2;
...
...
...
int score10000;

이런 번거로움을 배열을 이용하면 한 줄로 선언할 수 있다

int[] score = new int[10000]

배열의 선언과 생성

자바의 배열은 선언과 생성이 나누어져 있는데

선언은 참조변수를 위한 공간을 만드는 것이고 생성을 해야만 비로소 값을 저장할 수 있는 공간이 만들어진다

int[] score;    // int 타입의 배열을 다루기 위한 참조변수 score 선언
// int score[];    // 이렇게도 가능
score = new int[5]    // 배열을 생성 (실제 저장공간을 생성)

보통은 다음과 같이 간략히 한 줄로 선언과 생성을 동시에 한다

int[] score = new int[5];    // 길이가 5인 int 타입 배열
 
int[] test = new int[0];    // 길이가 0인 배열도 생성 

길이가 0인 배열은 표준은 아니지만 대형 벤더들은 거의 다 지원한다고 한다

보통은 저렇게 독립적으로 사용되는 경우는 드물고 구조체나 클래스 안에서 멤버변수로 생성이 되어 활용된

자바의 정석에서는 for문을 돌릴 때 '배열이름.length'를 통해 조건식을 걸어주는데

배열의 길이가 null인 경우는 에러가 발생하지만 0인경우는 돌지 않는것으로

에러를 발생시키지않고 넘어가게 하기 위한 용도로도 사용이 된다고 한다

하지만 비표준이기도 하고 컴파일 시에 경고를 주기도 하고 사용할 때에 주의해서 사용해야 하기 때문에 꼭 필요한 경우가 아니라면 쓰지 않는것이 정신건강에 좋을 듯 싶다

배열의 길이와 인덱스

배열의 길이는 양의정수(0포함)이어야만 하고 JVM이 관리한다

길이를 얻는 방법은 배열이름.length로 상수로 되어있다, 즉 변경할 수 없다

반복문을 사용하여 배열을 접근할 경우 횟수를 지정할 때 배열의 길이를 이용하면 좋다

for (int i=0; i < score.length; i++) {
    System.out.println(score[i]);
}

이렇게 하면 배열의 생성 시 길이를 수정해도 for문의 조건문은 변경하지 않아도 되기 때문에

실수를 줄여 예외 발생을 줄여준다

참고로 위의 for문처럼 배열의 length를 조건식에서 직접 접근하는것보다 다음 코드처럼 지역변수로 캐싱한 다음에 지역변수를 통해 조건을 걸어주면 성능이 조금 더 낫다고 한다

int len = score.length;
for (int i=0; i < len; i++) {
    System.out.println(score[i]);
}
 

다음으로 성능이 더 좋은 것은 JDK 5 부터 지원되는 향상된 for문으로 다음과 같이 사용한다

for (int i : score) {
    System.out.println(i);
}

물론 하드웨어가 좋아진 세상이기 때문에 그 차이는 100만개의 데이터 이하로는 미비하지만 그래도 코딩스타일을 좋은 방향으로 습관을 들이는것이 좋다고 생각한다

인덱스(index)는 배열의 요소마다 붙여진 일련번호로 각 요소를 구별하는데 사용된다

인덱스의 범위는 0부터 (배열길이-1) 까지다

에를들어 위에서 선언한 int타입 배열은 길이가 5이므로 인덱스는 0부터 4까지, 즉 0, 1, 2, 3, 4가 된다

접근 방법은 변수의 이름 대신 '배열이름[인덱스]'를 사용한다

score[0] = 0;
score[1] = 10;
score[2] = 20;
score[3] = 30;
score[4] = 40;

배열의 또 다른 장점은 index로 상수 대신 변수를 사용할 수 있다는 점인데 다음과 같이 반복문과 같이 활용한다

for (int i=0; i < 5; i++) {
    score[i] = i * 10;
}

만일 인덱스가 수식으로 되어 있으면 그 수식이 먼저 계산된다. 계산이 되야 몇 번째 요소를 접근하는지 알 수 있기 때문이다

int tmp = score[i+1];
-> int tmp = score[2+1];
-> int tmp = score[3];

배열을 사용할 때 가장 많이 볼 수 있는 예외로 ArrayIndexoOutOfBoundsException이 있다

이것은 배열의 길이를 벗어난 인덱스로 접근할 때 나오는 예외인데 컴파일러는 이러한 실수를 잡아주지 못한다

왜냐하면 배열의 index는 변수로 되어 있는 경우가 많은데 변수는 실행 시에 대입되므로 컴파일러는 이 값의 범위를 확인할 수 없기 때문이다

배열의 초기화

초기화 하는 방식은 다음 3가지 방식이 있다

int[] score = new int[3];
score[0] = 50;
score[1] = 60;
score[2] = 70;

int[] score = new score[3];
 
for (int i=0; i < score.length; i++) {
    score[i] = i * 10 + 50;
}

int[] score = new int[] {50, 60, 70};

int[] score = {50, 60, 70};

이 중 for문을 이용한 초기화 방식은 그 값이 규칙이 있어야 원하는 값을 초기화 가능하다

보통은 3번째 혹은 4번째 방식으로 간단하게 생성과 초기화를 동시에 한다

4번째 방식처럼 초기화를 할 때는 주의가 필요하다 왜냐하면 선언과 생성을 따로 하는 경우에는 new int[]를 생략할 수 없기 때문이다

이것은 메서드를 호출할 때에도 마찬가지이다

int add(int[] arr) { /* 내용 생략 */ }
 
int result = add(new int[] {50, 60, 70});
 
int result = add({100, 50, 90});    // 에러 발생

배열의 출력

배열의 출력은 반복문을 이용하여 출력할 수도 있고 메서드를 통해서도 할 수 있다

for (int i =0; i < array.length; i++) {
    System.out.println(array[i]);
}

System.out.println(Arrays.toString(array));

예외적으로 char타입 배열인 경우 배열명으로 출력이 가능하다

char[] chArr = {'a', 'b', 'c', 'd'};
System.out.println(chArr);    // abcd 

다른 타입은 배열명으로 출력할 경우 '타입@주소'값이 나온다

배열의 복사

배열의 길이는 상수값으로 한 번 지정하면 변경할 수 없기 때문에 길이를 늘려야 하는 경우

더 큰 배열을 생성하고 복사하는 방법으로 늘리는 수 밖에 없다

배열을 복사하는 방법에는 2가지 방법으로  for문을 이용하는 방법과 메서드를 이용하는 방법이 있다

int [] arr = new int[5];
...
 
int[] tmp = new int[arr.length * 2];    // 기존 배열보다 길이가 2배인 배열 생성
 
for (int i=0; i < arr.length; i++) {
    tmp[i] = arr[i];    // arr의 값을 tmp에 
}
 
arr = tmp;    // 참조변수 arr이 새로운 배열을 가리키게 함

이 때 기존에 arr이 가리키던 길이가 5인 배열은 더 이상 참조할 수 없는 공간으로 JVM의 가비지 컬렉터에 의해서 자동적으로 메모리에서 제거된다

다음은 메서드를 이용한 방법이다

int [] arr = new int[5];
...
 
int[] tmp = new int[arr.length * 2];    // 기존 배열보다 길이가 2배인 배열 생성
 
System.arraycopy(arr, 0, tmp, 0, arr.length);    // arr[0]에서 tmp[0]으로 arr.length개의 데이터를 
 
arr = tmp;    // 참조변수 arr이 새로운 배열을 가리키게 함

arraycopy()는 지정된 범위의 값들을 한 번에 통째로 복사한다. for문보다 훨씬 효율적이다

이것은 배열이 각 요소들이 연속적으로 저장되어 있다는 특성 때문에 가능한 것이다

이때도 역시 ArrayIndexOutOfBoundsException 예외를 발생시키지 않도록 주의해야 한다

위의 작업은 꽤 비용이 많이 들기 때문에 처음부터 배열의 길이를 넉넉하게 잡아줘서 위의 작업을 하지 않도록 하는것이 가장 좋다

그렇다고 너무 크게 잡으면 메모리를 낭비하게 되므로 적절한 길이로 잡아주는 것이 중요하다

다차원 배열

지금까지 정리한 내용의 배열은 1차원 배열이다

2차원 이상의 배열, 즉 다차원 배열은 메모리가 여유있으면 그 차원에는 제한이 없다

(하지만 보통 1,2차원을 사용하고 3차원도 보통 잘 쓰지 않는다)

2차원 배열의 선언은 다음과 같이 []를 하나 더쓰면 된다

int[][] score;
int score[][];

4행 3열의 2차원 배열을 생성하는 경우는 다음과 같이 한다

score = new int[4][3];

2차원 배열의 초기화

2차원 배열도 똑같은 배열이다. 1차원 배열과 크게 다를것 없다

다만, 괄호{}로 초기화 하는 경우에는 한번 더 괄호를 감싸주고 행별로 ','로 구분한다

int[][] arr = new int[][]{ {1, 2, 3}, {1, 2, 3}, {1, 2, 3} };
 
int[][] arr = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9} };

차원이 커질수록 가독성이 떨어지는데 2차원 배열의 경우 한줄보다는 다음과 같이 행 별로 줄을 나누어주면 가독성이 더 좋다

int[][] arr = { 
    {1, 2, 3}, 
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9} 
};

2차원 배열은 배열의 배열로 구성되어 있기 때문에 2차원 배열의 길이는

가지고있는 배열의 개수를 의미한다. 위의 배열 arr의 length는 3이 된다

그 안에 arr[0]의 배열의 길이는 요소를 3개 가지고 있으므로 역시 3이 된다

for문을 이용해서 초기화한다면 다음과 같을 것이다

for (int i=0; i < arr.length; i++) {
    for (int j=0; j < arr[i].length; j++ {
        arr[i][j] = 10;
    }
}

가변 배열

2차원 이상의 배열은 '배열의 배열' 형태로 처리하기 때문에 보다 자유로운 형태의 배열을 구성할 수 있다

다차원 배열을 생성할 때 전체 배열 차수 중 마지막 차수의 길이를 지정하지 않고,

나중에 각각 다른 길이의 배열을 생성함으로써 고정된 형태가 아닌 유동적인 가변 배열을 구성할 수 있다

int[][] score = new int[5][3];    // 5행 3열의 2차원 배열 생성

위 코드는 다음과 같이 표현 할 수 있다

int[][] score = new int[5][];
 
score[0] = new int[3];
score[1] = new int[3];
score[2] = new int[3];
score[3] = new int[3];
score[4] = new int[3];

위의 코드를 조금 수정하면 각 행마다 다른 길이의 배열을 가진 2차원 배열을 생성할 수 있다

int[][] score = new int[5][];
 
score[0] = new int[3];
score[1] = new int[2];
score[2] = new int[4];
score[3] = new int[5];
score[4] = new int[1];