std::array에 대해 알아보자 🤗

안녕하세요! 두두코딩 입니다 ✋
오늘은 std::array에 대해 알아보겠습니다.

해당 포스팅은 코딩테스트를 위한 자료구조와 알고리즘 with C++ 책을 참고하여 작성되었습니다.

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C 스타일 배열의 제약사항

C 언어에서도 배열을 사용할 수 있으며, 배열을 활용해 데이터를 선형적으로 관리할 수 있다. 하지만, 실제 프로그램에서는 C 언어 스타일의 배열은 많이 사용되지 않는데, 그 이유는 몇 가지 제약사항이 있어서이다.

C언어 스타일의 배열 단점

C++에서는 위의 단점을 극복하기 위해 새로운 배열 관리 클래스 std::array를 만들어 두었다.

std::array

🌱 array 기본 사용 방법

std::array는 메모리를 자동으로 할당하고 해제한다. 해당 클래스를 사용하기 위해서는 #include<array>를 추가해줘야한다.

template<
  class T,
  std::size_t N
> struct array;

위의 템플릿형태와 같이 std::array는 원소의 타입과 배열 크기를 매개변수로 사용하는 클래스이다.

#include <array>
#include <iostream>

int main()
{
  // int형 10개의 원소를 가질 수 있는 배열 생성
  std::array<int, 10> arr1;

  arr1[0] = 1;

  std::cout << "arr1 배열의 첫 번째 원소: " << arr1[0] << std::endl;

  // 배열 생성 및 즉시 초기화
  std::array<int, 4> arr2 = { 1, 2, 3, 4 };
  std::cout << "arr2의 모든 원소 : ";

  for(int i = 0; i < arr2.size(); i++)
    std::cout << arr2[i] << " ";
  std::cout << std::endl;
}

🌱 array []연사자 사용 및 at() 사용

위의 예시코드와 같이, 타입과 인자를 넘겨주고 array를 생성하는 것을 볼 수 있다. []연산자를 기존 배열과 동일하게 제공하기 위해 []operator 재정의 해서 사용하고 있으며, 우리는 그냥 배열처럼 사용하면 된다.

[]operator 같은 경우 요소에 접근해 값을 가져오도록 하는데, 이 때 전달되는 요소가 배열보다 큰지 작은지를 검사하지 않는다. 즉, 배열보다 큰 요소에 접근하게 될 경우 segment fault를 만날 수 있게 된다.

std::array에서는 이를 막기위해 at()라는 함수가 제공되고, 만약 배열보다 사이즈가 큰 값이 올 경우 std::out_of_range()라는 예외를 발생시킨다. 따라서, at()는 []operator보다는 느린 편이지만 적절한 예외처리가 가능해지니 상황에 맞게 사용할 수 있다.

#include <iostream>
#include <array>

int main()
{
  std::array<int, 4> arr3 = { 1, 2, 3, 4 };

  try {
    std::cout << arr3.at(3) << std::endl;
    std::cout << arr3.at(4) << std::endl; // 예외 발생
  } catch (const std::out_of_range& ex) {
    std::cerr << ex.what() << std::endl;
  }
}

🌱 array 데이터 전달

std::array 객체를 다른 함수에 전달하는 방식은 기본 데이터 타입을 전달하는 방식과 유사하다. 값 또는 참조로 전달이 가능하고, const로 전달도 가능하다.

우리가 C언어 스타일 배열을 전달할 때 처럼 포인터 연산을 사용한다거나 참조 혹은 역참조 연산을 하지 않아도 된다. 따라서, 다차원 배열을 전달할 때, std::array를 사용하는 것이 가독성 측면에서도 더 좋다.

#include <iostream>
#include <array>

int main() {
  void print(std::array<int, 5> arr)
  {
    for (auto ele : arr)
      std::cout << ele << ", ";
  }

  std::array<int, 5> arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
  print(arr);
}

위의 예시와 같이, print()함수를 통해 배열을 넘길 때 일반 타입을 넘기는 것과 동일하게 전달하면 된다. 하지만, 위의 코드 같은 경우 print함수에서는 array 사이즈가 5로 고정되어져있다. 따라서, 다른 사이즈를 넘기게 되면 compile error가 발생할 것이다. 만약 다양한 사이즈 즉, 범용적인 사이즈로 전달하는 코드를 만들고 싶다면 아래와 같이 template을 활용해야한다.

template <size_t N>
void print(const std::array<int, N> arr);

🌱 range-based for

배열의 경우 원소를 차례로 접근하는 경우가 빈번하게 발생된다. 이를 위해 std::array에서는 range-based for 연산을 제공한다.

  for (auto ele : arr)
    std::cout << ele << ", ";

원소를 차례로 접근하기 위해 index를 활용한 for loop를 사용할 수 있지만, 크기를 지정해야한다. 배열의 크기를 정확하게 지정하지 않을 경우 배열이 원하는 만큼 출력되지 않거나 범위를 넘어가는 경우가 생긴다. 이런 자잘한 실수를 range-based for를 사용하게 되면 막을 수 있다.

우리가 range-based for를 사용할 수 있는 이유는 반복자를 활용할 수 있기 때문이다. 반복자란 일종의 포인터 같은 역할을 한다. begin(), end()를 통해 요소의 처음과 끝에 접근할 수 있다. 반복자를 사용하면 ++ 혹은 +연산자를 활용해 요소를 이동할 수 있다.

즉, range-based for를 사용할 경우 반복자를 활용해 begin()부터 ++를 이용해 end()까지 도달하도록 구해져있다.

반복자는 std::array 뿐아니라 다양한 컨테이너 (std::vector, std::list 등)에서 사용되고 있다. 왠만해서는 range-based for를 사용하도록 하자.

더 많은 함수 참고

우리는 위의 예시들을 통해 std::array를 사용하는 방법에 대해 알아보았다.

실제 데이터를 넣는법, 출력하는 법, 찾는 법 등을 위주로 알아보았다. 하지만, std::array 같은 경우 다양한 멤버함수들이 존재한다. 이를테면, const_iterator, rever_iterator 반복자를 포함해, front(), back(), data()등이 있다.

위와 같은 함수는 필요할 때마다 찾아서 보고 따라하면 된다고 생각한다. 만약 좀 더 자세한 내용을 알고 싶다면 여기를 클릭해서 알아보자 😗