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표준 템플릿 라이브러리

 
  • 2020년 10월 09일

c++의 템플릿을 사용해 표준으로 정리되어 편리하게 사용할 수 있도록 제공되는 도구라고 할 수 있다.
보통 STL(Standard Template Library)이라고 하는데, STL이라고 할 때는 많은 종류의 라이브러리 중 보통 컨테이너, 반복자, 알고리즘을 말한다.

컨테이너 (container)

같은 타입의 여러 객체를 담아 다루기 위한 집합으로, 크게 세 종류로 나뉜다.

시퀀스 컨테이너 (sequence container)

특별한 제약이나 규칙이 없는 가장 일반적인 컨테이너로, 데이터를 선형으로 저장하여 삽입된 요소의 순서가 유지된다.

  • 요구사항
    1. 모든 요소가 직선 순서로 배치되어 있어야 한다.
    2. 반복자가 최소한 순방향 반복자(forward iterator) 이상이어야 한다.
    3. 명확한 순서를 가지기때문에 특정 위치를 참조하는 연산이 가능해야 한다.

vector

개념
동적 배열구조 클래스로, 임의 접근을 제공하는 가장 간단한 시퀀스 컨테이너이다.
모든 자료형에 대해 배열처럼 저장 가능하지만, 한 번에 한 타입만 저장할 수 있다.
요소가 추가되거나 삭제될 때 자동으로 메모리를 재할당이 발생하여 상당한 비용을 지불하게 된다.

문법
헤더파일 : vector

vector<템플릿_인수> 객체_이름(생성자_인수);

템플릿 인수 : vector 컨테이너에 저장될 요소의 타입
생성자 인수 : vector 컨테이너의 초기 크기. 생략 시 요소를 가지지 않는 빈 벡터 생성

  1. 생성자
    • vector : v는 빈 컨테이너이다.
    • vector v(n) : ve는 기본값으로 초기화된 n개의 원소를 갖는다.
    • vector v(n, x) : v는 x값으로 초기화된 n개의 원소를 갖는다.
    • vector v(v2) : v는 v2컨테이너의 복사본이다. (복사 생성자 호출)
    • vector v(b, e) : v는 반복자구간 (b, e)로 초기화된 원소를 갖는다.
  2. 멤버 함수
    • v.assign(n, x) : v에 x값으로 n개의 원소를 할당한다.
    • v.assign(b, x) : v를 반복자 구간 (b,e)로 할당한다.

예제

vector<int> vc = {10, 20, 30}; // vector 객체의 선언 및 초기화
cout << "현재 벡터의 크기 : " << vc.size() << endl;

vc.push_back(40);	// vector 요소 추가  
cout << "현재 벡터의 크기 : " << vc.size() << endl;
cout << "현재 벡터의 네 번째 요소 : " << vc[3] << endl;

cout << "현재 벡터의 모든 요소" << endl;
copy(vc.begin(), vc.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

사용된 STL 함수

  1. size() : 컨테이너에 저장된 요소의 개수 반환
  2. push_back() : 컨테이너의 마지막 요소로 해당 데이터 추가
  3. begin() : 컨테이너의 첫 번째 요소를 가리키는 반복자
  4. end() : 컨테이너의 마지막 요소 바로 다음(past the end)를 가리키는 반복자

deque

개념
양쪽에 끝이 있는 큐(queue)로, double-ended queue를 의미한다.
컨테이너 양 끝에서 요소를 빠르게 삽입/삭제할 수 있다.
vector 객체와 마찬가지로 임의 접근과 동적 크기의 장점을 가지며, vector로 할 수 없는 전방 삽입/삭제도 빠르게 수행할 수 있다.

문법

  • 헤더 파일 : deque

  • 문법

    deque<템플릿_인수> 객체_이름(생성자_인수);

예제

deque<int> dq = {20};	// deque 객체의 선언 및 초기화
dq.push_back(30);		// 요소의 후방 삽입
dq.push_front(10);		// 요소의 전방 삽입

cout << "현재 데큐의 모든 요소 : " << endl;
copy(dq.begin(), dq.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl << "현재 첫 번째 요소 : " << dq.front() << endl;

dq.pop_front();
cout << "현재 데큐의 모든 요소 : " << endl;
copy(dq.begin(), dq.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

사용된 STL 함수

  1. push_front() : 컨테이너의 첫 번째 요소로 해당 데이터를 추가
  2. front() : 컨테이너의 첫 번째 요소를 반환
  3. pop_front() : 컨테이너의 첫 번째 요소를 삭제

list

개념
이중 연결 리스트(double linked list)의 클래스 템플릿 표현이라고 할 수 있다.
모든 요소에서 양방향 접근과 빠른 삽입/삭제가 가능하나, 임의 접근은 불가능하다.
구성하는 링크(link)는 포인터이기 때문에 특정 함수로 링크를 재배치하는 것으로 아주 빠르게 수행할 수 있다. 장점 : 요소들의 빠른 삽입과 삭제

문법

  • 헤더 파일 : list

  • 문법 
    list<템플릿_인수> 객체_이름(생성자_인수);
  • 함수
    swap() : 두 요소의 위치를 서로 바꿈
    reverse() : 리스트 전체 요소의 위치를 역순으로 변경
    sort() : 리스트 전체 요소를 정렬
    unique() : 같은 값이 인접해 있을 경우, 그 값들을 하나로 단일화
    merge() : 두 정렬된 리스트를 합병
    splice() : 두 리스트를 연결하거나, 한 쪽 리스트로 이동

예제

list<int> ls = {1, 2, 3, 4, 3, 5, 5};	// list 객체의 선언 및 초기화  
// ls.sort();	// 1, 2, 3, 4, 5  
ls.unique();	// 1, 2, 3, 4, 3, 5  
cout << "현재 리스트의 모든 요소 : " << endl;  
copy(ls.begin(), ls.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

unique 사용 전에 sort()를 사용해 정렬하면, 리스트 내의 모든 중복값을 제거할 수 있다.

forward_list

개념
단방향 연결 리스트(singly linked list)의 클래스 템플릿 표현이라고 할 수 있다.
C++11부터 추가되었으며, 모든 요소에서 순방향으로 접근할 수는 있으나 역방향으로 접근할 수는 없다.
따라서 순방향 리스트 컨테이너에는 순방향 반복자(forward iterator)만 사용한다.

리스트 객체와 비교시, 더 적은 메모리로 간편하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.

문법

forward_list<템플릿_인수> 객체_이름(생성자_인수_;

예제

forward_list<int> fls01 = {10, 20, 400, 30};	// forward_list 객체의 선언 및 초기화
forward_list<int> fls02 = {40, 50};
forward_list<int>::iterator itr;

fls01.remove(400);		 // 값이 400인 모든 요소 삭제
cout << "현재 순방향 리스트의 모든 요소" << endl;
copy(fls01.begin(), fls01.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;

itr = fls01.begin();		// fls01의 첫 번째 요소를 가리키도록 반복자를 초기화
fls01.splice_after(itr, fls02);	//fls02의 모든 요소를 fls01의 첫 번째 요소 다음에 삽입
cout << "fls01: " ;
copy(fls01.begin(), fls01.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl << "fls02 : ";
copy(fls02.begin(), fls02.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

사용된 stl 함수

  1. remove() : 전달된 값과 같은 값을 가지는 요소를 컨테이너에서 모두 삭제
  2. splice_after() : 해당 요소를 원본 순방향 리스트에서 삭제하고, 대상 순방향 리스트의 지정된 위치에 삽입

위의 예제에서 splice_after() 호출 후, 순방향 리스트 fls02에는 어떤 요소도 저장되어 있지 않게 된다.

연관 컨테이너 (associative container)

데이터를 일정 규칙에 따라 조직화하여 저장하고 관리하는 컨테이너로, 키를 바탕으로 대응되는 값을 찾아준다.

반복자 (iterator)

컨테이너에서 보유하는 내부 데이터를 순회할 수 있는 객체로, 컨테이너의 특정 위치를 나타낸다.
요즘 객체지향 언어에서는 간편하게 자료구조가 제공되지만, C++ 에서는 아직 자료를 포인터 단위로 관리하기 때문에 해당 자료의 위치에서 데이터에 접근하고 사용하려면 그 위치에 저장된 자료구조를 읽을 때 읽기 전용 ‘도구’가 필요하다.

알고리즘 (algorithm)

자료구조에 관련된 알고리즘을 컨테이너가 메소드로 제공

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