C++ 배열 (Array), std::array

해당 글은 공부를 하면서 적은 글이기 때문에 틀릴 수 있습니다. 참고용으로만 봐주세요~

 

0. 개요

---

vector를 다시 공부하면서 찾아보니, 기존에 사용하던 c스타일의 배열 뿐아니라 MSDN에서는 std::array를 사용할 것을 권장한다는 것을 알게되었습니다.

따라서 이번 글에서는 배열에 대해 간단하게 알아본 뒤, std::array는 어떤 것인가에 대해 공부하겠습니다.

 

1. 배열 (Array)

---

컴퓨터 공학에서 배열(Array)이란 번호(Index)와 그에 대응하는 데이터들로 이루어진 자료구조를 뜻합니다.

일반적으로는 배열은 같은 종류(Type)의 데이터들이 순차적으로 메모리에 저장됩니다.

 

배열을 사용하는 이유는 많은 수의 데이터를 저장하기 위한 변수를 선언할 때 일반 변수로 관리하기가 어렵기 때문에 하나의 변수(배열)를 선언해서 많은 데이터를 한번에 순차적으로 처리할 수 있기 때문입니다.

 

void main()
{
    int iArray[5];

    return;
}

배열은 위 예제 코드와 같이 선언할 수 있습니다.

일반 변수와 같이 자료형을 먼저 작성하고, 배열의 이름(변수명)을 작성해 선언합니다.

이때, 변수명 뒤에 [] 연산자를 이용해 배열의 크기를 지정해줍니다.

주의할 점은 배열은 선언할 때 반드시 크기를 명시해주어야 하며, 크기에는 변수가 아닌 상수만 들어올 수 있습니다.

 

상수만 들어올 수 있는 이유는 배열의 경우 컴파일 타임에 메모리를 할당 받기 때문에 중간에 변할 수 없습니다. 따라서 해당 배열의 크기도 중간에 변경할 수 없습니다.

이런 이유 때문에 중간에 크기가 유동적으로 변경되어야 할때는 동적 배열을 사용해주어야 합니다.

 

배열의 초기화는 다음과 같습니다.

void main()
{
    int iArray[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int iArray2[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int iArray3[5] = {};

    return;
}

초기화를 해준다면, 배열의 크기는 직접 명시해주지 않아도 자동으로 크기가 정해집니다.

만약 iArray3과 같이 크기만 명시해준다면 배열의 요소들은 모두 0으로 초기화 됩니다.

 

배열의 요소에 접근해보고 싶을 때는 []연산자를 사용해 접근해줍니다.

void main()
{
    int iArray[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int iNum_4 = iArray[3];

    return;
}

주의 할 점은 배열의 시작 Index는 1이 아닌 0이라는 점입니다.

[] 연산자를 이용해 배열의 요소 범위를 초과해 접근하면 런타임 에러가 발생합니다.

 

iArray와 같이 선언된 배열은 vector와 마찬가지로 배열의 시작점의 주소를 담고 있습니다.

왜 시작주소를 가지고 있냐면, 배열은 메모리상 연속적인 공간을 할당받기 때문입니다.

(배열의 요소는 순차적으로 연속된 메모리에 저장된다.)

 

동적 배열의 경우 malloc() & free()를 이용해 직접 구현할 수 있고, 클래스로 만들면 new & delete를 이용해 구현해 줄 수 있습니다. 뿐만 아니라 vector container를 사용해 만들 수 있습니다.

 

이렇게 정말 단순하고 간단하게만 C스타일의 배열에 대해 살펴 보았습니다.

그렇다면 MSDN에서 권장하는 std::array는 어떤 것인지 살펴 보겠습니다.

 

2. std::array

---

고정 배열의 경우 포인터로 형 변환되었을 시 배열 길이 정보가 손실되는 문제가 있었습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 C++ 표준라이브러리는 배열 관리를 쉽게 해주는 std::array가 있습니다.

 

C++ 11에서 소개된 std::array는 함수에 전달할 때 포인터로 형 변환되지 않는 고정 길이 배열이다.

array를 사용하기 위해서는 먼저 를 포함해주어야 한다.

std::array도 고정 배열 선언과 마찬가지로 컴파일 타임에 array의 크기를 할당받기 때문에 반드시 선언시 배열의 크기를 명시해주어야 합니다.

#include <array>
using namespace std;

void main()
{
    array<int, 5> arr_Array = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 초기화 리스트
    array<int, 5> arr_Array2{ 1, 2, 3, 4, 5 };	// 유니폼 초기화

    int a = 0;

    return;
}

std::array는 초기화 리스트(initalizer list) 또는 유니폼 초기화(uniform initialization)를 사용해 초기화 할 수 있습니다.

 

다만 C 스타일의 고정 배열과는 다르게, std::array의 배열크기를 생략할 수 없습니다.

void main()
{
    int arr_CArray[] = { 1,2, 3, 4, 5 }; // 가능
    array<int, > arr_Array3 = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 불가능

    return;
}

 

vector와 C 스타일 고정배열과 마찬가지로 []연산자를 이용해 배열의 원하는 요소 값에 쉽게 접근할 수 있습니다.

void main()
{
    array<int, 5> arr_Array = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int arr_CArray[] = { 1,2, 3, 4, 5 };

    int inum_Index3 = arr_Array[3];
    inum_Index3 = arr_CArray[3];

    return;
}

마찬가지로 배열의 시작은 0부터 시작하며, 일반 배열과 마찬가지로 유효 범위 검사를 진행하지 않으므로 잘못된 index가 제공되면 오류가 발생합니다.

 

일반 배열과 달리 vector에도 존재했던 .at()함수가 std::array에도 존재해 유효 범위 검사를 진행하며 원하는 요소에 접근할 수 도 있습니다.

void main()
{
    array<int, 5> arr_Array = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    int inum_Index3 = arr_Array[3];
    inum_Index3 = arr_Array.at(3);

    return;
}

만약 범위를 벗어나 접근하게 되면, std::out_of_range를 반환해줍니다.

vector에서 설명드렸다 싶이 at() 함수는 유효 범위 검사를 하기 때문에 [] 연산자 보다 안전하지만, 속도는 더 느립니다.

 

std::array의 멤버 함수

◈ array();

    기본 생성자는 제어되는 시퀀스를 초기화되지 않은 상태(또는 기본 시퀀스를 초기화한 상태로)로 유지합니다.

    초기화 되지 않은 배열을 만들려면 이 생성자를 사용하면 됩니다.

 

    std::array는 기본 생성자 뿐 아니라 복사 생성자도 지원합니다.

 

◈ arr.fill(num);

    C++ 11 이전에 있던 assign() 함수가 사라지고, fill() 함수가 추가되었습니다.

    array의 모든 요소를 num으로 변경해 채워줍니다.

    (MSDN에 따르면 배열을 지우고 전달받은 num을 빈 배열에 복사한다고 되어있습니다.)

 

◈ arr.at(num);

    num 위치에 있는 요소에 접근합니다. (참조로 반환한다.)

    뿐만 아니라 유효 범위 검사를 함께 진행합니다. (잘못 접근할 경우 out_of_range를 반환합니다.)

 

◈ arr.back();

    배열의 마지막 요소에 접근합니다. (참조로 반환합니다.)

 

◈ arr.begin();

    배열의 시작점 즉, 첫 번째 요소를 가리키는 iterator를 반환합니다.

 

◈ arr.end();

    배열의 끝을 반환 받습니다. 즉, end iterator를 반환합니다.

 

◈ arr.cbegin();

    배열의 첫 번째 요소에 대한 const_iterator를 반환합니다.

    배열이 비어있을 경우 cend()를 반환합니다. (end iter를 반환한다는 의미)

 

◈ arr.cend();

    배열 끝의 바로 다음을 가리키는 const_iterator를 반환합니다.

 

◈ arr.crbegin();

    역방향 배열의 첫 번째 요소에 대해 const_iterator를 반환합니다.

 

◈ arr.crend();

    역방향 배열 끝에 대해 const_iterator를 반환합니다.

 

◈ arr.data();

    첫 번째 요소의 주소를 가져옵니다. (즉, 반환값을 역참조하면 첫 번째 요소 값이 나온다.)

 

◈ arr.empty();

    배열이 비어있는지 확인합니다.

 

◈ arr.front();

    첫 번째 요소에 접근합니다. (참조로 반환합니다.)

 

◈ arr.max_size();

    요소 수를 계산합니다.

 

◈ arr.rbegin();

    제어되는 역방향 시퀀스의 시작 즉, 배열의 끝 다음을 가리키는 end iterator를 반환합니다.

    reverse_iterator와 const_reverse_iterator로 반환됩니다.

 

◈ arr.rend();

    제어되는 역방향 시퀀스의 끝 즉, 배열의 시작인 첫 번째 요소를 가리키는 reverse_iterator를 반환합니다.

    reverse_iterator와 const_reverse_iterator로 반환됩니다.

 

◈ arr.size();

    배열의 요소 수를 계산합니다.

 

◈ arr.swap(arr2);

    두 배열의 내용을 바꿉니다.

 

vector와 마찬가지로 end iterator를 역참조하면 에러가 발생한다.

 

sizeof()는 배열의 크기( 배열 요소의 자료형 * 배열의 길이)이고, .size()는 배열의 길이를 반환하므로 햇갈리면 안된다.

 

3. 참고 문헌

---

 

배열 (C++)

 

C++ 07.21 - std::array 소개

 

C/C++ 배열 사용법

 

array 클래스(C++ 표준 라이브러리)