생활코딩 - JAVA (Colletions Framework)

배열과 컬렉션즈 프레임워크

배열은 연관된 데이터를 그룹화해서 편리하게 관리하기 위한 수단이다. 그런데 배열에는 몇가지 불편한 점이 있었는데 그 중의 하나가 한번 정해진 배열의 크기를 변경할 수 없다는 점이다. 이러한 불편함을 컬렉션즈 프래임워크를 사용하면 줄어든다.

 

컬렉션프레임워크라는 것은 배열이 가진 어떤 불편함 또는 배열이 가진 한계를 쉽게 극보할 수 있게 도와주는 도구이다.

 

배열이 가진문제점 가운데 가장 먼저 체감할 수 있는 문제는 배열은 선언할 때 몇 개의 값을 가질 수 있는지 지정하게 돼 있다는 것이다. 

 

package org.opentutorials.javatutorials.collection;
 
import java.util.ArrayList;
 
public class ArrayListDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        String[] arrayObj = new String[2];
        arrayObj[0] = "one";
        arrayObj[1] = "two";
        // arrayObj[2] = "three"; 오류가 발생한다.
        for(int i=0; i<arrayObj.length; i++){
            System.out.println(arrayObj[i]);
        }
         
        ArrayList al = new ArrayList();
        al.add("one");
        al.add("two");
        al.add("three");
        for(int i=0; i<al.size(); i++){
            System.out.println(al.get(i));
        }
    }
 
}

아래 코드처럼 배열은 그 크기를 한번 지정하면 크기보다 많은 수의 값을 저장할 수 없다.

 

String[] arrayObj = new String[2];
arrayObj[0] = "one";
arrayObj[1] = "two";
// arrayObj[2] = "three"; 오류가 발생한다.

for(int i=0; i<al.size(); i++){
    System.out.println(al.get(i));
}

그런데 ArrayList를 사용할 때 주의할 점이 있다. 위의 반복문을 아래처럼 바꿔보자.

 

for(int i=0; i<al.size(); i++){
    String val = al.get(i);
    System.out.println(val);
}

1	public boolean add(Object e) {

 

따라서 ArrayList 내에서 add를 통해서 입력된 값은 Object의 데이터 타입을 가지고 있고, get을 이용해서 이를 꺼내도

Object의 데이터 타입을 가지고 있게 된다. 그래서 위의 코드는 아래와 같이 바꿔야 한다.

 

for(int i=0; i<al.size(); i++){
    String val = (String)al.get(i);
    System.out.println(val);
}

ArrayList<String> al = new ArrayList<String>();
al.add("one");
al.add("two");
al.add("three");
for(int i=0; i<al.size(); i++){
    String val = al.get(i);
    System.out.println(val);
}

package org.opentutorials.javatutorials.collection;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
 
import java.util.Iterator;
 
public class ListSetDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> al = new ArrayList<String>();
        al.add("one");
        al.add("two");
        al.add("two");
        al.add("three");
        al.add("three");
        al.add("five");
        System.out.println("array");
        Iterator ai = al.iterator();
        while(ai.hasNext()){
            System.out.println(ai.next());
        }
         
        HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
        hs.add("one");
        hs.add("two");
        hs.add("two");
        hs.add("three");
        hs.add("three");
        hs.add("five");
        Iterator hi = hs.iterator();
        System.out.println("\nhashset");
        while(hi.hasNext()){
            System.out.println(hi.next());
        }
    }
 
}

array
one
two
two
three
three
five
 
hashset
two
five
one
three

Iterator ai = al.iterator();
while(ai.hasNext()){
    System.out.println(ai.next());
}

Set

Set은 한국어로 집합이라는 뜻이다. 여기서의 집합이란 수학의 집합과 같은 의미다. 수학에서의 집합도 순서가 없고 중복되지 않는 특성이 있다는 것이 기억날 것이다. (기억나지 않아도 상관없다) 수학에서 집합은 교집합(intersect), 차집합(difference), 합집합(union)과 같은 연산을 할 수 있었다. Set도 마찬가지다.

 

아래와 같이 3개의 집합 hs1, hs2, hs3이 있다고 하자. h1은 숫자 1,2,3으로 이루어진 집합이고, h2는 3,4,5 h3는 1,2로 구성되어 있다. set의 API를 이용해서 집합 연산을 해보자.

 

package org.opentutorials.javatutorials.collection;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
 
import java.util.Iterator;
 
public class SetDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Integer> A = new HashSet<Integer>();
        A.add(1);
        A.add(2);
        A.add(3);
         
        HashSet<Integer> B = new HashSet<Integer>();
        B.add(3);
        B.add(4);
        B.add(5);
         
        HashSet<Integer> C = new HashSet<Integer>();
        C.add(1);
        C.add(2);
         
        System.out.println(A.containsAll(B)); // false
        System.out.println(A.containsAll(C)); // true
         
        //A.addAll(B);
        //A.retainAll(B);
        //A.removeAll(B);
         
        Iterator hi = A.iterator();
        while(hi.hasNext()){
            System.out.println(hi.next());
        }
    }
 
}

System.out.println(A.containsAll(B)); // false
System.out.println(A.containsAll(C)); // true

 

합집합(union)

 

1	A.addAll(B);

교집합(intersect)

 

1	A.retainAll(B);

차집합(difference)

 

1	A.removeAll(B);

Map

이번에는 Map 컬렉션에 대해서 알아보자. Map 컬렉션은 key와 value의 쌍으로 값을 저장하는 컬렉션이다. 아래 코드를 보자.

 

package org.opentutorials.javatutorials.collection;
 
import java.util.*;
 
public class MapDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> a = new HashMap<String, Integer>();
        a.put("one", 1);
        a.put("two", 2);
        a.put("three", 3);
        a.put("four", 4);
        System.out.println(a.get("one"));
        System.out.println(a.get("two"));
        System.out.println(a.get("three"));
         
        iteratorUsingForEach(a);
        iteratorUsingIterator(a);
    }
     
    static void iteratorUsingForEach(HashMap map){
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
            System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
        }
    }
     
    static void iteratorUsingIterator(HashMap map){
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> i = entries.iterator();
        while(i.hasNext()){
            Map.Entry<String, Integer> entry = i.next();
            System.out.println(entry.getKey()+" : "+entry.getValue());
        }
    }
 
}

Map에서 데이터를 추가할 때 사용하는 API는 put이다. put의 첫번째 인자는 값의 key이고, 두번째 인자는 key에대한 값이다. key를 이용해서 값을 가져올 수 있다.

 

1	System.out.println(a.get("one"));

 

이것이 Map의 가장 기본적인 사용법이다. 그럼 Map에 저장된 데이터를 열거할 때는 어떻게 해야할까?

 

Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
    System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
}

메소드 entrySet은 Map의 데이터를 담고 있는 Set을 반환한다. 반환한 Set의 값이 사용할 데이터 타입은 Map.Entry이다. Map.Entry는 인터페이스인데 아래와 같은 API를 가지고 있다.

• getKey
• getValue

위의 API를 이용해서 Map의 key, value를 조회할 수 있다.

앞서 Set이 수학의 집합을 프로그래밍적으로 구현한 것이라고 언급했다. map은 수학의 함수를 프로그래밍화한 것이다. 수학의 함수가 "정의역과 공역 원소들 사이의 단가 대응의 관계"라는 의미를 이해하고 있는 사람이라면 Map의 key와 value의 관계가 함수의 정의역과 공역의 관계와 같다는 것을 이해할 수 있을 것이다.  함수에 대한 이해가 없다면 이 내용은 몰라도 된다. 하지만 프로그래밍을 하게 되면 수학적인 지식들을 매우 구체적으로 경험할 수 있기 때문에 프로그래밍은 수학에 대한 좋은 실습 도구라고 할 수 있다. 수학이 너무 추상적이라서 배움에 어려움이 있는 독자라면 프로그래밍에 익숙해진 후에 수학공부를 시작해보자. 프로그래밍의 많은 장치들이 수학적인 장치들을 빌려온 것임을 알 수 있을 것이고, 수학이 보다 구체적으로 다가올 것이다.

 

데이터 타입의 교체

 

컬렉션을 사용할 때는 데이터 타입은 가급적 해당 컬렉션을 대표하는 인터페이스를 사용하는 것이 좋다. 이전 예제의 12행의 내용은 아래와 같다.

 

1	HashMap<String, Integer> a = new HashMap<String, Integer>();

 

이것을 아래와 같이 수정한다. HashMap은 Map 인터페이스를 구현하기 때문에 변수 a의 데이터 타입으로 Map을 사용할 수 있다.

 

1	Map<String, Integer> a = new HashMap<String, Integer>();

 

어떤 필요에 의해서 컬렉션을 HashMap에서 HashTable로 바꾸고 싶다면 아래와 같이 수정하면 된다.

 

1	Map<String, Integer> a = new Hashtable<String, Integer>();

 

정렬

컬렉션을 사용하는 이유 중의 하나는 정렬과 같은 데이터와 관련된 작업을 하기 위해서다. 정렬하는 법을 알아보자. 패키지 java.util 내에는 Collections라는 클래스가 있다. 이 클래스를 사용하는 법을 알아보자.

 

package org.opentutorials.javatutorials.collection;
 
import java.util.*;
 
class Computer implements Comparable{
    int serial;
    String owner;
    Computer(int serial, String owner){
        this.serial = serial;
        this.owner = owner;
    }
    public int compareTo(Object o) {
        return this.serial - ((Computer)o).serial;
    }
    public String toString(){
        return serial+" "+owner;
    }
}
 
public class CollectionsDemo {
     
    public static void main(String[] args) {
        List<Computer> computers = new ArrayList<Computer>();
        computers.add(new Computer(500, "egoing"));
        computers.add(new Computer(200, "leezche"));
        computers.add(new Computer(3233, "graphittie"));
        Iterator i = computers.iterator();
        System.out.println("before");
        while(i.hasNext()){
            System.out.println(i.next());
        }
        Collections.sort(computers);
        System.out.println("\nafter");
        i = computers.iterator();
        while(i.hasNext()){
            System.out.println(i.next());
        }
    }
 
}

before
500 egoing
200 leezche
3233 graphittie
 
after
200 leezche
500 egoing
3233 graphittie

public int compareTo(Object o) {
    return this.serial - ((Computer)o).serial;
}

메소드 sort를 실행하면 내부적으로 compareTo를 실행하고 그 결과에 따라서 객체의 선후 관계를 판별하게 된다.

이렇게 해서 컬렉션즈 프레임워크에 대한 수업을 마무리 하겠다. 컬렉션즈 프레임워크는 효율적인 에플리케이션을 구축하기 위해서 매우 중요한 내용이다. 그런데 컬렉션은 단순히 사용법을 이해하는 것으로는 부족하고, 소위 알고리즘이나 자료구조(data structure)라고 불리는 분야에 대한 충분한 이해가 필요하다. 컬렉션즈 프레임워크는 이러한 분야의 성취를 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 제공되는 일종의 라이브러리라고 할 수 있기 때문이다.

 

자료구조(data structure) 라고 하는 분야를 충분히 이해할 필요가 있다. 컬렉션 프레임워크는 이러한 분야의 성취를 누구나 쉽게 사용하 수 있도록 제공한ㄴ 일종의 라이브러리라고 할 수 있기 때문이다.

 

참조

• Collections Framework Class diagram (backup)