C++ 정리 - 48 (표준 템플릿 라이브러리, 컨테이너, 알고리즘, 이터레이터, 함수 객체, vector 템플릿 클래스, Range에 기초한 루프(c++11))

표준 템플릿 라이브러리

표준 템플릿 라이브러리(STL; Standard Template Library)는 컨테이너, 이터레이터, 함수 객체, 알고리즘을 나타내는 템플릿들의 집합을 제공한다.

 

컨테이너는, 배열과 같이, 여러 개의 값을 저장할 수 있는 구성단위이다. STL 컨테이너는 같은 종류의 값들을 저장한다.

 

알고리즘은, 배열을 정리하거나 리스트에서 특정 값을 검색하는 것과 같은, 특별한 작업들을 수행하기 위해 사용하는 방법이다.

 

이터레이터는, 배열 안에서 포인터를 사용하여 위치를 옮기듯이, 컨테이너 안에서 위치를 옮길 수 있도록 도와주는 객체들이다.

 

함수 객체는 함수와 비슷한 역할을 하는 객체이다. 함수 객체는 클래스 객체일 수도 있고, 함수 포인터일 수도 있다.

 

STL을 사용하여 배열, 큐, 리스트와 같은 다양한 컨테이너들을 생성할 수 있다. 또한 STL은 검색, 정렬, 무작위화 등 다양한 작업을 수행 가능하게 해 준다.

 

vector 템플릿 클래스

전산 분야에서 사용하는 벡터라는 용어는 수학적인 벡터가 아니라 배열에 상당하는 것이다.

vector 템플릿 객체를 생성하려면, 사용할 데이터형을 나타내기 위해 통상적인 <type> 표기를 사용한다. 또한 vector 템플릿을 동적 메모리 대입을 사용한다. 

vector<int> ratings(5); //5개의 int형 값을 가진 벡터

 

vector 객체를 생성한 후에는, []에 대한 연산자 오버 로딩으로 개별적인 원소들에 접근할 수 있는 배열 표기를 사용할 수 있다.

 

vector에서 할 수 있는 것

모든 STL 컨테이너들은 컨테이너에 있는 원소들의 개수를 리턴하는 size(), 두 컨테이너의 내용을 교환하는 swap(), 컨테이너에 있는 첫 번째 원소를 참조하는 이터레이터를 리턴하는 begin(), 컨테이너에 있는 마지막 원소 다음을 참조하는 이터레이터를 리턴하는 end()등의 기본적인 메서드들을 제공한다.

 

이터레이터(iterator)는 포인터의 일반화이다.

이터레이터는 포인터 또는 내용 참조(operator *())와 증가(operator++())와 같은, 포인터를 닮은 연산들이 정의되어있는 객체일 수도 있다. 각 컨테이넌 클래스는 하나의 적절한 이터레이터를 정의한다. 그 이터레이터의 데이터형 이름은 iterator인데, 클래스 사용 범위를 가지는 typedef이다. 예를 들어, vector의 double형 특수화를 위한 이터레이터를 선언하려면 다음과 같이 사용할 수 있다.

vector<double>::iterator pd; //pd는 이터레이터

 

scores가 vector<double> 객체라고 가정하자.

vector<double> scores;

 

그러면 이제 다음과 같은 코드를 사용하는 이터레이터 pd를 사용할 수 있다.

pd = scores.begin(); //pd가 첫 번째 원소를 지시하게 만든다.

*pd=22.3; //pd를 내용 참조하여 첫 번째 원소에 값을 대입한다.

++pd; //pd가 그다음 원소를 지시하게 만든다.

 

그 밖에도 c++11의 자동 타입 추론을 유용하게 활용할 수 있는 경우도 있다.

vector<double>::iterator pd=scores.begin();

다음과 같이 사용 가능

auto pd = scores.begin();

 

또한 vector 템플릿 클래스는 일부 STL 컨테이너들만이 가지고 있는 몇 가지 메서드들을 가지고 있다. push_back()이라는 간단한 메서드는, 벡터의 끝에 하나의 원소를 추가한다.

 

지정된 범위를 벡터에서 삭제하는 erase()라는 메서드가 있다.

이 메서드는 삭제할 범위를 정의하는 2개의 이터레이터를 매개변수로 사용한다. 첫 번째 이터레이터는 범위의 시작을 참조하고, 두 번째 이터레이터는 범위의 끝 바로 다음을 참조한다.

 

scores.erase(scores.begin(),scores.begin()+2);

begin()과 begin()+1에 의해 참조되는, 첫 번째 원소와 두 번째 원소를 삭제한다.

 

insert() 메서드는 erase() 메서드와 반대 기능을 한다.

이 메서드는 3개의 이터레이터 매개변수를 사용한다. 

첫 번째 이터레이터 매개변수는 새로운 원소들이 삽입될 위치 바로 앞의 위치를 제공한다. 두 번째와 세 번째 이터레이터 매개변수는 삽입에 사용될 범위를 정의한다. 일반적으로 이 범위는 또 다른 컨테이너 객체의 일부이다.

vector<int> old;

vector<int> new;

...

old.insert(old.begin(),new.begin()+1,new.end());

new벡터의 첫 번째 원소를 제외한 모든 원소를 old 벡터의 첫 번째 원소 앞에 삽입한다.

 

vector에서 할 수 있는 그 밖의 것

대표적인 STL 함수인 for_each(), random_shuffle(), sort() 세 가지를 살펴보자.

for_each() 함수는 모든 컨테이너 클래스에 사용할 수 있다.

3개의 매개변수를 사용한다. 첫 번째와 두 번째 매개변수는 컨테이너의 범위를 정의하는 이터레이터이다. 세 번째 매개 변수는 함수를 지시하는 포인터이다. for_each() 함수는 지시된 함수를 그 범위 안에 있는 각 컨테이너 원소에 적용한다. 지시된 함수는 컨테이너 원소들의 값을 변경하면 안 된다.

vector<Review>::iterator pr;

for(pr=books.begin();pr!=books.end();pr++)

ShowReview(*pr);

다음과 같이 바꿀 수 있다.

for_each(books.begin(),books.end(),ShowReview);

 

random_shuffle() 함수는 범위를 지정하는 두 개의 이터레이터를 사용하여, 그 범위 안에 있는 원소들을 무작위 순서로 재배치한다. 

random_shuffle(books.begin(),books.end());

이 구문은, books 벡터에 있는 모든 원소들의 순서를 무작위 순서로 재배치한다.

 

sort() 함수는 두 가지 버전이 있다. 첫 번째 버전은 범위를 지정하는 두 개의 이터레이터를 사용한다. 컨테이너에 저장되어 있는 데이터형의 원소에 맞게 정의된 < 연산자를 사용하여 그 범위를 정렬한다.

 

vector<int> coolstuff;

...

sort(coolstuff.begin(),coolstuff.end());

내장된 < 연산자를 사용하여 값들을 비교함으로써, coolstuff의 내용을 오름차순으로 정렬한다.

 

컨테이너 원소들이 사용자 정의 객체일 때, sort() 함수를 사용하려면 그 객체의 데이터형에 맞게 정의된 operator<() 함수가 있어야 한다.

 

내림차순으로 또는 책 제목 대신 책 등급을 기준으로 정렬하려 한다고 가정하자. 그러한 경우, 두 번째 버전의 sort()를 사용할 수 있다. 두 번째 버전은 3개의 매개변수를 사용한다. 마찬가지로 첫 번째 매개변수와 두 번째 매개변수는 범위를 지정하는 이터레이터이다. 세 번째 매개변수는 값을 비교하기 위해 operator<() 대신에 사용할 함수를 지시하는 포인터이다. 리턴형은 bool형으로 변환할 수 있어야 한다.

 

Range에 기초한 루프(c++11)

for_each(books.begin(),books.end(),ShowReview);

이는 다음과 같이 range에 기초한 루프로 대체 가능

for(auto x:books) ShowReview(x);

 

for_each()와는 달리 range에 기초한 for는 저장소의 내용을 수정할 수 있다. 이를 위해서는 참조 매개변수를 사용해야 한다.