[자료구조와 알고리즘] 배열 (2023.03.30)

자료/정보/자료구조

자료 

현실 세계로부터 수집한 사실이나 개념의 값 또는 이들의 집합

사전처리, 가공이 안 된 수집 상태

 

정보 

특정한 용도로 사용하기 위해 '자료'를 처리하고 가공한 형태

 

자료구조

자료들을 효율적으로 처리하기 위해 조직적, 체계적으로 구분하여 표현한 것

 

배열 (Array)

여러가지 데이터를 한 번에 보관할 수 있는 형태

동일한 자료형(정수형, 문자열 등)의 데이터를 연속된 공간에 저장하기 위한 자료구조

인덱스(index)와 인덱스에 대응하는 데이터들로 이루어진 연속적인 자료구조

 

배열의 특징

1.동일한 자료형의 데이터들이 순차적으로 저장  (데이터들에 순서가 있음)

    > 인덱스에 대응하는 데이터들로 이루진 자료 구조

        ※ 인덱스 : 가장 첫번째 들어 있는 데이터는 0, 그 다음 데이터는 1, ... → 데이터의 순서

    > 반복문을 이용하여 처리하기에 적합한 자료 구조

2. 인덱스에 대응하는 데이터들로 이루어진 자료 구조

    > 한 번에 많은 메모리 공간 선언 가능

    > 변수는 값을 하나 밖에 저장하지 못하며, 하나의 값만 저장할 수 있는 만큼의 메모리만 생성

3. 인덱스는 0부터 시작

    > 인덱스는 배열의 시작 위치로부터 상대적 위치

 

배열을 활용하면 한번에 보관이 가능하고 한번에 처리 가능하여 사용 가능

변수는 각각 다른 공간에 저장

 

배열의 선언 및 생성

배열의 데이터를 다루기 위해서는 배열의 0번 인덱스의 주소값(참조값, reference)을 알고 있어야 함

 

배열 생성

데이터를 저장할 배열 공간을 할당받는 단계

new int[5];     // 정수형 5개를 저장할 수 있는 배열 생성
new 자료형[배열의크기]

new (내가 필요한 도구를 만들어야 할 때 쓰는 키워드)

 

배열 레퍼런스 변수(reference variable) 선언

이 선언만으로는 배열 공간이 할당되지 않으므로 배열 생성을 해줘야 함. 

arr은 배열 공간에 대한 주소값(레퍼런스값)을 가지며 그 자체가 배열은 아님. 

int[] arr ;
자료형[] 변수이름

arr : 배열에서 0번 인덱스가 가지고 있는 주소

0번 인덱스가 메모리상에 어디에 존재하는지, 메모리 주소를 가지고 있음. 주소를 알아야 메모리상 데이터를 사용할 수 있기 때문에 배열 레퍼런스 변수를 선언을 해야 배열을 사용할 수 있음

 

※ 인덱스가 0부터 시작하는 이유

0번 인덱스를 기준으로 주소를 찾기 때문

arr이 가지고 있는 0번 인덱스의 주소로부터 몇 칸 떨어져있는지 확인

 

레퍼런스 변수(reference variable)

메모리 상에 생성된 인스턴스와 메서드를 가리키는데 사용되는 변수

배열 선언하면 메모리 상에 연속된 공간 할당

→ 배열이 메모리 상 어디에 생성되었는지 그 레퍼런스 값(주소 값, 참조 값)을 기억하고 있는 변수 

 

자료구조를 이해할 때는 메모리를 같이 이해해야 함 (메모리의 구조)

코드영역

실행할 프로그램의 코드

코드는 이미 작성되어 있으므로 크기가 정해져 있음

 

데이터 영역 (Static area)

프로그램이 시작하자마자 메모리상에 올라감

 

전역 변수

전역변수란, 클래스 내 어디서든 사용 가능한 변수로 클래스 이름 바로 밑에 작성되고 메서드 밖에 선언되어 있어야 함.

변수는 선언위치에 따라 전역변수와 지역변수로 나눠지는데 클래스 내 어디서든 사용할 수 있으면 전역변수, 특정 구역({}) 안에서만 생성되어 그 지역에서만 사용할 수 있는 변수는 지역변수

정적(static) 변수

프로그램이 시작되자마자 선언되는 변수로 선언 위치는 상관 없음 (static이라는 키워드가 붙어있음)

자바 언어의 특징 중 하나는 "동적 로딩을 지원"한다는 것. 
자바 언어에서는 변수, 객체를 선언하여 코드를 작성. 만약 동적 로딩 지원이 안된다면 프로그램을 시작하자마자 코드 상에서 선언한 변수, 객체를 생성해서 전부 메모리상에 할당해줘야 함. 이렇게 프로그램을 시작하자마자 프로그램 전체에 대해 공간을 할당하면 메모리 활용이 비효율적임. 
이러한 비효율을 줄여 메모리를 효율적으로 사용하기 위해 자바는 객체/변수를 사용하겠다고 했을 때 객체/변수를 생성함. 그러나 정적변수는 그렇지 않음. 정적변수는 무조건 처음에 만들어두는 변수로 프로그램 시작부터 종료가 될때까지 메모리에 남아있어 어디서든 사용할 수 있음.

정적변수와 전역변수는 개수가 정해져 있음 → 크기가 고정되어 있음

 

힙 영역 (Heap area)

사용자의 동적할당(프로그램 실행에 따라 크기가 달라짐)

참조형의 데이터 타입을 갖는 객체(Random, Scanner 등), 배열 등(new 키워드를 사용하여 만드는 애들)을 저장하는 영역

※ 참조값(주소)는 stack영역에 저장

실제로 써야하는 값들이 저장되는 영역

 

스택 영역 (Stack area)

프로그램 실행에 따라 크기가 달라짐

기본자료형의 데이터에 해당하는 지역변수를 저장하는 영역

객체를 참조하기 위해 만든 레퍼런스 변수를 저장하는 영역

메소드가 호출될 때 메모리에 할당되며 종료되면 해제

 

배열 선언 및 생성시 주의사항

레퍼런스 변수 선언 시 배열의 크기를 지정할 수 없다

int[] arr = new int[5];
↑                     ↑ 크기 5인 정수형 배열생성 (힙 영역에 저장)
생성한 배열의 힙영역 상 주소값을 저장 → [] 안에 크기를 지정할 수 없음

 

반드시 배열이 생성된 후 접근할 수 있다

int[] arr;   → 배열의 주소값을 저장할 공간만 만들어 놓은 것. 레퍼런스 변수 선언 (배열 생성 X)
arr[0]        → 배열이 생성된 것이 아니므로 배열에 접근 불가

int[] arr;   → 레퍼런스 변수 선언
arr = new int[];   → 배열 생성
arr[0] 접근 가능   

 

각 원소에 접근시 []사이에 인덱스를 적어 접근 

arr[0];         -- arr이 가지고 있는 주소값을 가지고 배열을 찾아가서 0번 인덱스값 가지고 올래
arr[4];         -- 4번 인덱스 값 가지고 올래

 

배열의 인덱스는 0부터 시작한다

레퍼런스변수가 0번 인덱스가 어디에 저장되어 있는지를 저장하고 있기 때문

 

배열 선언 및 생성 코드 작성

 

배열의 범위를 넘어섰는데 코드 상 오류 표기(빨간 밑줄)가 안되는 이유
: 자바는 동적 로딩을 지원하기 때문에 배열, 객체의 경우 실행하기 전까지는 arr의 크기를 알 수 없음

try ~ catch 예외처리문 활용하여 오류코드 대신 다른 메시지 출력 가능

 

 

배열 생성 시 값을 알고 있는 경우
int[] arr = { 값1, 값2, ... ,  값n }

 

레퍼런스 치환과 배열 공유

int intArray[] = new int[5] ;
int myArray[] = intArray ;   // 레퍼런스 치환. myArray는 intArray와 동일한 배열을 참조한다. 

참조값이 같으면 같은 객체를 가리킨다

 

 

배열의 크기

• 레퍼런스 변수 선언 시 결정되지 않음

• 배열 생성시 결정되며 바꿀 수 없음 (크기 지정이 중요!)

• 배열의 크기는 따로 다룰 수 있음 → length 속성

 

배열의 크기 속성(length) 활용

 

올바른 배열 선언 문자 → 6, 7

1. 레퍼런스 변수명 없음. 배열 생성시 [ ] 사용해야 함
2. avg는 올바른 자료형이 아니다
3. 레퍼런스 변수 선언시에는 크기 선언 불가능
4. 배열 생성시 자료 크기 무조건 지정해야 함
5. 배열 생성시 크기 지정을 위해 [ ] 사용해야 함
8. 레퍼런스 변수명에서는 크기 지정 안됨

 

배열실습

 

배열의 모든값 출력 ;
Arrays 도구(객체)가 가지고 있는 toString 메서드 호출
toString 반환타입 ? String

 

※ 정수형 배열의 구성 요소는 자동으로 0으로 초기화