(전공 정리) 11강 - 컬렉션 : JCF, Iterator, 자료구조, HashSet, ArrayList, LinkedList, HashMap

본 게시글은 대학 전공수업을 들으며 노션에 정리한 내용을 블로그로 옮긴 것으로, 노션 웹을 통해 최적화된 형태로 읽으시길 권장드립니다.(➡️ 노션 링크)

11강 - 컬렉션 : JCF, Iterator, 자료구조, HashSet, ArrayList, LinkedList, HashMap

컬렉션

여러 원소를 하나의 그룹으로 묶어 관리하기 위한 자료구조

JCF는 이러한 데이터 목록을 관리하기 위한 인터페이스와 클래스의 모음

JCF(Java Collections Framework)

• 컬렉션을 표현/활용하기 위한 통합된 프레임워크

  • 클래스와 인터페이스의 집합.
  • 저장/검색/수정하는 도구 제공

• 컬렉션을 일관된 방법으로 다룰 수 있음

  • 표준화/일관성있는 인터페이스 : 어떻게 표현되는지와 상관x
  • 클래스: 인터페이스를 구현한 클래스를 제공

• JCF의 인터페이스

  

  
  
  

  

  • Set : 순서x / 중복x

  • List : 순서O / 중복O

  • Queue: List와 유사, 삽입/삭제가 FIFO방식.

  • Map : <Key,Value>의 형태로, Key는 유일해야함.

    

    source: https://www.lavivienpost.com/data-structures-and-java-collections/

객체 선언

• java.util패키지에 포함되며, 제네릭 타입.
• 변수 선언은 해당 인터페이스 유형으로, 인터페이스는 인터페이스를 구현하는 클래스(다루는 자료의 유형을 지정)를 사용한다.

코드

Set<Integer> set = new HashSet<>();
List<Integer> list = new ArrayList<>();
List<Integer> list = new LinkedList<>();
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

Collection 인터페이스

• Set, List, Queue에서 공통으로 지원해야하는 기능을 정의

원소의 삽입과 삭제 메소드

원소 탐색 메소드

기타 메소드

Iteratable : 향상된for문 / foreach문 사용가능.

Iterator : 순차적으로 컬렉션을 다룰 수 있다.

---

HashSet

HashSet

• Set : 순서없고, 중복 허용 x.

• HashSet : Null허용

• 예시코드

    import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
  
    public class HashSetClass {
  
      public static void main(String args[]) {
        Set<String> set = new HashSet<String>();
        set.add("one");
        set.add("two");
        set.add("three");
        set.add("four");
  
        System.out.println(set.add(new String("one"))); //false
        System.out.println(set.size()); //4
        System.out.println(set.contains("four")); //true
        System.out.println(set.contains("one")); //true
        System.out.println(set.contains(new String("one"))); //true
  
        set.remove("four"); 
        set.remove(new String("one"));
        System.out.println(set.size()); //2
  
        set.clear();
        System.out.println(set.size()); //0
      }
    }
  

ArrayList

List

List

ArrayList

List : 순서O / 중복O

ArrayList : 크기조절 가능한 배열로 구현→ 더 큰 배열로 확장. 가장 일반적인 배열의 형태!

• 입력된 순서대로 관리됨!

ArrayList 메소드

- 예시 코드

```java
package lecture11;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListClass {

  public static void main(String args[]) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("one");
    list.add("two");
    list.add("three");
    list.add(1, "one"); //인덱스1에 "one" 추가
    list.add("five");

    System.out.println(list.size()); //5
    System.out.println(list.indexOf("one")); //0
    System.out.println(list.get(2)); //two
    System.out.println(list.lastIndexOf("one")); //1(뒤에서부터)
    System.out.println(list.set(3, "four")); //three //3번을 four로 변경후 기존 원소 리턴
    System.out.println(list.remove(4)); //4번 삭제 후 기존 원소 리턴
    System.out.println(list.remove("one")); //true 삭제 성공
  }
}

```

```java
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class ArrayListEx2 {
  public static void main(String args[]) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("one");
    list.add("two");
    list.add("three");
    list.add("four");
    list.add("five");
// for 구문을 이용한 자료 탐색
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      System.out.println(list.get(i));
    }
// 향상된 for 구문을 이용한 자료 탐색
    for (String s : list) {
      System.out.println(s);
    }
// Iterator 인터페이스를 이용한 자료 탐색
    Iterator<String> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
      System.out.println(it.next());
    }
  }

  //출력결과는 모두 one~five
```

```java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;

public class ArrayListEx3 {
  public static void main(String args[]) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("one");
    list.add("three");
    list.add("two");
    list.add(1, "one");

    //함수형인터페이스 Consumer를 이용한 자료 출력 예!
    Consumer<String> con1 = new Consumer<>() {
      public void accept(String t) {
        System.out.println(t);
      }
    };

    //람다식
    list.forEach(con1);
    Consumer<String> con2 = t -> System.out.println(t);

    list.forEach(con2);
    list.forEach(t -> System.out.println(t));
  }
}
//출력
one
one
three
two
```

Iterator 클래스

• 컬렉션에 저장된 원소를 차례대로 다룰 수 있음

• 컬렉션에서 Iterator 객체를 리턴하는 iterator() 사용 가능.

• 코드

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.List;
  
    public class IteratorClass {
      public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("one");
        list.add("two");
  
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()) {
          System.out.println(it.next());
        }
      }
    }
  
    //출력결과
    one
    two

LinkedList

LinkedList

• ArrayList와 대체될 정도로 비슷하나, 각 요소들이 이전/다음 노드를 참조하는 ‘노드’라는 단위로 저장됨. (이중 연결 리스트)

• 스택 자료구조에서 필요한 메소드도 제공함.

• Queue 인터페이스도 구현함.

  • boolean offer(E), boolean add(E)
    • 뒤에 원소를 추가함.
  • E poll(), E(remove)
    • 앞의 원소를 삭제하고 리턴
  • E peek(), E element()
    • 앞의 원소를 읽음
  • offer(E), poll, peek( 앞 3개)true/false 또는 null을 리턴하지만
    add, remove, element (뒤 3개)는 실패시 예외를 발생시킴!

• 예시 코드

    import java.util.LinkedList;
  
    public class LinkedListClass {
      public static void main(String args[]) {
        LinkedList<String> queue = new LinkedList<String>();
  
        queue.offer("one");
        queue.offer("two");
        queue.offer("three");
  
        String s = queue.poll(); //s = "one";
  
        while (s != null) {
          System.out.println(s);
          s = queue.poll(); //"two" -> "three" -> null(종료)
        }
      }
    }
    //출력결과
    one
    two
    three

ArrayList와 LinkedList의 사용 차이

• Arraylist : 읽기와 접근이 빈번하고, 데이터의 크기가 비교적 고정되어 있으며, 삽입과 삭제가 드물게 발생하는 경우.
• LinkedLIst : 삽입과 삭제가 빈번하게 발생하고, 중간 요소의 추가와 삭제가 자주 일어나는 경우.

---

Map<K,V> 인터페이스

Map : <Key,Value>의 형태의 원소로 구성되는 컬렉션을 다루기 위한 인터페이스

• JCF에서 Iterator, Collection과 독립적

• key는 중복x, 하나의 key에 하나의 Value가 대응

• 순서는 중요하지 않음.

• 주요메서드

  

HashMap 클래스

HashMap

HashMap

• 해싱을 이용해 Map 인터페이스를 구현한 클래스.
• 탐색 방법이 ArrayList, LinkedList와 다름
• scores = HashMap<이름, 성적> 객체

• 코드

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    //단순하지만 성적관리 시스템 
    public class HashMapEx {
  
      public static void main(String[] args) {
        // Map 인터페이스 타입의 변수 선언
        Map<String, Integer> lectures;
        // 학생 이름을 키로, <과목,점수>를 저장한 맵을 값으로 저장할 HashMap 초기화
        Map<String, Map> scores = new HashMap<>();
  
        // 학생 이름들을 저장할 ArrayList 초기화
        List<String> names = new ArrayList<String>();
        names.add("김철수");
        names.add("이영희");
  
        // 학생 이름을 순회할 Iterator 초기화
        Iterator<String> it = names.iterator();
        while (it.hasNext()) {
          String name = it.next(); // 다음 학생 이름 가져오기
          if (name.equals("김철수")) {
            // 김철수의 과목 점수를 저장할 HashMap 초기화
            lectures = new HashMap<String, Integer>();
            lectures.put("국어", 100); // 국어 점수 추가
            lectures.put("영어", 95);  // 영어 점수 추가
            lectures.put("수학", 80);  // 수학 점수 추가
            scores.put(name, lectures); // 김철수의 점수를 scores 맵에 저장
          } else {
            // 이영희의 과목 점수를 저장할 HashMap 초기화
            lectures = new HashMap<String, Integer>();
            lectures.put("국어", 90);
            lectures.put("영어", 95);
            lectures.put("수학", 95);
            scores.put(name, lectures); // 이영희의 점수를 scores 맵에 저장
          }
        }
  
        // 다시 학생 이름을 순회할 Iterator 초기화
        Iterator<String> it2 = names.iterator();
        while (it2.hasNext()) {
          String name = it2.next(); // 다음 학생 이름 가져오기
          System.out.println(name); // 학생 이름 출력
          System.out.print("국어 : ");
          // 국어 점수를 scores 맵에서 가져와 출력
          System.out.println(scores.get(name).get("국어"));
          System.out.print("영어 : ");
          // 영어 점수를 scores 맵에서 가져와 출력
          System.out.println(scores.get(name).get("영어"));
          System.out.print("수학 : ");
          // 수학 점수를 scores 맵에서 가져와 출력
          System.out.println(scores.get(name).get("수학"));
          System.out.println(); // 빈 줄 출력
        }
      }
    }
  
    //출력 결과
    /*      
    김철수
    국어 : 100
    영어 : 95
    수학 : 80
  
    이영희
    국어 : 90
    영어 : 95
    수학 : 95 
    */

그런데, 자꾸 보이는

Hash란 무엇인가?

• ‘해싱(Hashing) 기법을 사용하여 데이터를 저장하고 검색하는 방법’

Hashing

• 해싱기법은 뭔데?
  • 키(key)를 입력받아 해시 함수(hash function)를 통해 고정된 크기의 해시 코드(hash code)로 변환해 이를 기반으로 데이터를 저장/검색하는 방식.
• 해시 함수란?
  • 입력받은 데이터를 해시값으로 출력시키는 알고리즘.
• 해시 코드란? :
  • 해시 함수에 의해 생성된 고정된 크기의 정수 값, 데이터가 저장될 위치(버킷)를 결정함.
    • 버킷이란? : 주소를 갖는 파일의 한 구역

즉, 위 내용을 정리하자면, 해쉬란 ‘해싱기법을 활용하는 것’이다. 해싱이란 유일한 ‘Key’를 입력받으면, 해쉬함수를 통해 해시코드로 저장되고, 이 해시코드를 통해 이 자료가 ‘어디에’ 저장될지가 결정된다.

이렇게 말해도 어려운데, 도서관의 책과 책의 주소인 청구기호로 이해를 하면 될 것 같다.

비유를 하자면 key는 ‘책이름’이다. 편의상 ‘해리포터 1 KOR’이라고 하자. 해시함수는 사서들만 아는 알고리즘을 통해 ‘823.914 R884h한 1’이라는 이해할 수 없는 고정된 값(해시코드)로 저장한다. 이 위치에 따라 책은 일정한 장소(버킷)에 배치된다.

Hash 시리즈