[ C++ ] 04. std::array

std::array

이전 포스트들에서 고정 배열(fixed array)과 동적 배열(dynamic array)을 배웠다. 두 가지 배열 모두 C++에 내장되어 있지만, 포인터로 형 변환되었을 시 배열 길이 정보가 손실되고, 동적 배열은 지저분한 할당 해제 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 C++ 표준라이브러리는 배열 관리를 쉽게 해주는 std::array 와 std::vector가 있다.

An introduction to std::array in C++11

C++ 11에서 소개된 std::array는 함수에 전달할 때 포인터로 형 변환되지 않는 고정 길이 배열이다. std:: array는 <array> 헤더의 std 네임 스페이스 내부에 정의되어 있다.

std::array 변수 선언은 쉽다.

#include <array>

std::array<int, 3> myArray; // declare an integer array with length 3

고정 배열 선언처럼 array의 길이는 컴파일 타임에 설정해야 한다.

std::array는 초기화 리스트(initializer list) 또는 유니폼 초기화(uniform initialization)를 사용해서 초기화할 수 있다.

std::array<int, 5> myArray = { 9, 7, 5, 3, 1 }; // initialization list
std::array<int, 5> myArray2 { 9, 7, 5, 3, 1 };  // uniform initialization

내장된 고정 배열과는 다르게, std::array의 배열 길이를 생략할 수 없다.

std::array<int, > myArray = { 9, 7, 5, 3, 1 }; // illegal, array length must be provided

또한, 초기화 리스트를 사용해서 배열에 값을 할당할 수도 있다.

std::array<int, 5> myArray;
myArray = { 0, 1, 2, 3, 4 }; // okay
myArray = { 9, 8, 7 }; // okay, elements 3 and 4 are set to zero!
myArray = { 0, 1, 2, 3, 4, 5 }; // not allowed, too many elements in initializer list!

일반 배열처럼 첨자 연산자([])를 사용해서 배열의 요소 값에 접근할 수 있다.

std::cout << myArray[1];
myArray[2] = 6;

또. 일반 배열처럼 첨자 연산자는 유효 범위 검사를 하지 않으므로 잘못된 index가 제공되면 나쁜 일이 발생한다.

그러나 std::array는 유효 범위 검사를 수행하는 배열 요소에 접근하는 방법 at() 함수를 지원한다.

std::array<int, 5> myArray { 9, 7, 5, 3, 1 };
myArray.at(1) = 6;  // array element 1 valid, sets array element 1 to value 6
myArray.at(9) = 10; // array element 9 is invalid, will throw error

위 예제에서 array.at(1)을 호출하면 배열 요소 1이 유효한지 검사하고, 배열 요소 1에 대한 참조를 반환한다. 그러나 *array.at(9)을 호출하면 배열 요소 9가 배열의 범위를 벗어났기 때문에 array.at(9)는 실패한다. 이때 참조를 반환하는 대신 예외를 throw한다.(*std::out_of_range)

at() 함수는 유효 범위 검사를 하므로 operator[]보다는 느리지만, 더 안전하다.

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Size and sorting

size() 함수를 사용해서 배열의 길이를 알 수 있다.

std::array<double, 5> myArray { 9.0, 7.2, 5.4, 3.6, 1.8 };
std::cout << "length: " << myArray.size();
// length: 5

std::array는 함수에 전달될 때 포인터로 형 변환되지 않기 때문에 size() 함수는 함수 내에서 호출하더라도 정상적으로 작동한다.

#include <iostream>
#include <array>

void printLength(const std::array<double, 5>& myArray)
{
    std::cout << "length: " << myArray.size();
}

int main()
{
    std::array<double, 5> myArray { 9.0, 7.2, 5.4, 3.6, 1.8 };

    printLength(myArray);

    return 0;
}

// length: 5

표준 라이브러리에서는 "size"라는 용어는 배열 길이를 의미하므로 sizeof() 연산자의 결과와 혼동하면 안 된다. (sizeof() 결과: 배열 요소 자료형의 크기 * 배열 길이)

위 예제에서 printLength() 함수에서 매개 변수로 std::array를 (const) 참조형(reference)으로 받는다는 것에 주목하자. 이는 std::array가 함수로 전달될 때 (성능상의 이유로) 컴파일러가 배열의 복사본을 만드는 것을 방지하기 위한 것이다.

규칙: std::array는 항상 참조로 전달하자.

std::array의 길이는 항상 알려져 있기 때문에 range-base for 루프와 함께 사용할 수 있다.

std::array<int, 5> myArray { 9, 7, 5, 3, 1 };

for (auto &element : myArray)
    std::cout << element << ' ';

<algorithm> 헤더에 있는 std::sort를 사용해서 std::array를 정렬할 수 있다.

#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm> // for std::sort

int main()
{
    std::array<int, 5> myArray { 7, 3, 1, 9, 5 };
    std::sort(myArray.begin(), myArray.end()); // sort the array forwards
//    std::sort(myArray.rbegin(), myArray.rend()); // sort the array backwards

    for (const auto &element : myArray)
        std::cout << element << ' ';

    return 0;
}

// 1 3 5 7 9

sort() 함수는 이터레이터(iterator)를 사용한다. 이터레이터는 아직 다루지 않은 개념이므로 이해하는 데 어려움이 있다. 이터레이터에 대한 설명은 이 포스트의 범위를 벗어나므로 다음에 할 예정이다.

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Summary

std::array 사용은 내장된 고정 배열을 대체하는 훌륭한 방법이다. 내장된 고정 배열보다 메모리를 더 사용하지 않으며 함수로 전달시 포인터로 형 변환되지 않는 장점이 있고, 단점은 선언할 때 배열 길이를 명시적으로 지정해야 한다는 것뿐이다.

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이 포스트의 원문은 http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/6-15-an-introduction-to-stdarray/ 입니다.

출처: https://boycoding.tistory.com/213?category=1009770 [소년코딩]