콘텐츠로 이동

4.1   배열

배열(array)은 같은 자료형의 원소를 연속된 메모리 공간에 저장하는 선형 자료 구조다. 배열에서 원소가 있는 위치를 해당 원소의 인덱스(index)라고 한다. 아래 그림(4-1)은 배열의 주요 개념과 저장 방식을 보여 준다.

배열의 정의와 저장 방식

그림 4-1   배열의 정의와 저장 방식

4.1.1   배열의 기본 연산

1.   배열 초기화

필요에 따라 초깃값을 지정하지 않거나 지정하는 두 가지 초기화 방식을 사용할 수 있다. 초깃값을 지정하지 않으면 대부분의 프로그래밍 언어는 배열 원소를 \(0\)으로 초기화한다.

array.py
# 배열 초기화
arr: list[int] = [0] * 5  # [ 0, 0, 0, 0, 0 ]
nums: list[int] = [1, 3, 2, 5, 4]
array.cpp
/* 배열 초기화 */
// 스택에 저장
int arr[5] = {};
int nums[5] = { 1, 3, 2, 5, 4 };
// 힙에 저장(공간을 직접 해제해야 함)
int* arr1 = new int[5] {};
int* nums1 = new int[5] { 1, 3, 2, 5, 4 };
array.java
/* 배열 초기화 */
int[] arr = new int[5]; // { 0, 0, 0, 0, 0 }
int[] nums = { 1, 3, 2, 5, 4 };
array.cs
/* 배열 초기화 */
int[] arr = new int[5]; // [ 0, 0, 0, 0, 0 ]
int[] nums = [1, 3, 2, 5, 4];
array.go
/* 배열 초기화 */
var arr [5]int
// Go에서 길이를 지정하면([5]int) 배열이고, 지정하지 않으면([]int) 슬라이스다
// Go 배열의 길이는 컴파일 시 결정되도록 설계되었으므로 상수로만 길이를 지정할 수 있다
// 용량 확장 메서드 extend()를 쉽게 구현하기 위해 아래에서는 슬라이스(Slice)를 배열(Array)로 간주한다
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}
array.swift
/* 배열 초기화 */
let arr = Array(repeating: 0, count: 5) // [0, 0, 0, 0, 0]
let nums = [1, 3, 2, 5, 4]
array.js
/* 배열 초기화 */
var arr = new Array(5).fill(0);
var nums = [1, 3, 2, 5, 4];
array.ts
/* 배열 초기화 */
let arr: number[] = new Array(5).fill(0);
let nums: number[] = [1, 3, 2, 5, 4];
array.dart
/* 배열 초기화 */
List<int> arr = List.filled(5, 0); // [0, 0, 0, 0, 0]
List<int> nums = [1, 3, 2, 5, 4];
array.rs
/* 배열 초기화 */
let arr: [i32; 5] = [0; 5]; // [0, 0, 0, 0, 0]
let slice: &[i32] = &[0; 5];
// Rust에서 길이를 지정하면([i32; 5]) 배열이고, 지정하지 않으면(&[i32]) 슬라이스다
// Rust 배열의 길이는 컴파일 시 결정되도록 설계되었으므로 상수로만 길이를 지정할 수 있다
// Vector는 Rust에서 일반적으로 동적 배열로 사용하는 자료형이다
// 용량 확장 메서드 extend()를 쉽게 구현하기 위해 아래에서는 vector를 배열(array)로 간주한다
let nums: Vec<i32> = vec![1, 3, 2, 5, 4];
array.c
/* 배열 초기화 */
int arr[5] = { 0 }; // { 0, 0, 0, 0, 0 }
int nums[5] = { 1, 3, 2, 5, 4 };
array.kt
/* 배열 초기화 */
var arr = IntArray(5) // { 0, 0, 0, 0, 0 }
var nums = intArrayOf(1, 3, 2, 5, 4)
array.rb
# 배열 초기화
arr = Array.new(5, 0)
nums = [1, 3, 2, 5, 4]
코드 시각화

2.   원소 접근

배열 원소는 연속된 메모리 공간에 저장되므로 메모리 주소를 매우 쉽게 계산할 수 있다. 배열의 메모리 주소(첫 원소의 메모리 주소)와 원소의 인덱스가 주어지면, 아래 그림(4-2)의 식으로 해당 원소의 메모리 주소를 구하여 직접 접근할 수 있다.

배열 원소의 메모리 주소 계산

그림 4-2   배열 원소의 메모리 주소 계산

위 그림(4-2)에서 배열의 첫 원소 인덱스는 \(0\)이다. \(1\)부터 세는 편이 더 자연스러워 보이므로 직관에 어긋날 수 있다. 그러나 주소 계산식의 관점에서 인덱스는 본질적으로 메모리 주소의 오프셋이다. 첫 원소의 주소 오프셋은 \(0\)이므로 인덱스가 \(0\)인 것은 합리적이다.

배열의 원소 접근은 매우 효율적이며, 어떤 원소든 \(O(1)\) 시간에 임의 접근할 수 있다.

array.py
def random_access(nums: list[int]) -> int:
    """원소에 임의 접근"""
    # 구간 [0, len(nums)-1]에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    random_index = random.randint(0, len(nums) - 1)
    # 무작위 원소를 가져와 반환한다
    random_num = nums[random_index]
    return random_num
array.cpp
/* 원소에 임의 접근 */
int randomAccess(int *nums, int size) {
    // 구간 [0, size)에서 무작위로 수 하나 선택
    int randomIndex = rand() % size;
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
array.java
/* 원소에 임의 접근 */
int randomAccess(int[] nums) {
    // 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    int randomIndex = ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, nums.length);
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
array.cs
/* 원소에 임의 접근 */
int RandomAccess(int[] nums) {
    Random random = new();
    // 구간 [0, nums.Length)에서 무작위로 수 하나 선택
    int randomIndex = random.Next(nums.Length);
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
array.go
/* 원소에 임의 접근 */
func randomAccess(nums []int) (randomNum int) {
    // 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    randomIndex := rand.Intn(len(nums))
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    randomNum = nums[randomIndex]
    return
}
array.swift
/* 원소에 임의 접근 */
func randomAccess(nums: [Int]) -> Int {
    // 구간 [0, nums.count)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    let randomIndex = nums.indices.randomElement()!
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    let randomNum = nums[randomIndex]
    return randomNum
}
array.js
/* 원소에 임의 접근 */
function randomAccess(nums) {
    // 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    const random_index = Math.floor(Math.random() * nums.length);
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    const random_num = nums[random_index];
    return random_num;
}
array.ts
/* 원소에 임의 접근 */
function randomAccess(nums: number[]): number {
    // 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    const random_index = Math.floor(Math.random() * nums.length);
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    const random_num = nums[random_index];
    return random_num;
}
array.dart
/* 원소에 임의 접근 */
int randomAccess(List<int> nums) {
  // 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
  int randomIndex = Random().nextInt(nums.length);
  // 무작위 원소를 가져와 반환한다
  int randomNum = nums[randomIndex];
  return randomNum;
}
array.rs
/* 원소에 임의 접근 */
fn random_access(nums: &[i32]) -> i32 {
    // 구간 [0, nums.len())에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    let random_index = rand::thread_rng().gen_range(0..nums.len());
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    let random_num = nums[random_index];
    random_num
}
array.c
/* 원소에 임의 접근 */
int randomAccess(int *nums, int size) {
    // 구간 [0, size)에서 무작위로 수 하나 선택
    int randomIndex = rand() % size;
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
array.kt
/* 원소에 임의 접근 */
fun randomAccess(nums: IntArray): Int {
    // 구간 [0, nums.size)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
    val randomIndex = ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, nums.size)
    // 무작위 원소를 가져와 반환한다
    val randomNum = nums[randomIndex]
    return randomNum
}
array.rb
### 원소에 임의 접근 ###
def random_access(nums)
  # 구간 [0, nums.length)에서 숫자 하나를 무작위로 뽑는다
  random_index = Random.rand(0...nums.length)

  # 무작위 원소를 가져와 반환한다
  nums[random_index]
end
코드 시각화

3.   원소 삽입

배열 원소는 메모리에서 ‘빈틈없이 붙어 있어’ 사이에 다른 데이터를 넣을 공간이 없다. 아래 그림(4-3)과 같이 배열 중간에 원소를 삽입하려면 해당 위치 이후의 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 옮긴 다음, 그 인덱스에 새 원소를 대입해야 한다.

배열에 원소를 삽입하는 예

그림 4-3   배열에 원소를 삽입하는 예

배열의 길이는 고정되어 있으므로 원소를 하나 삽입하면 반드시 마지막 원소가 ‘사라진다’는 점에 주의하자. 이 문제의 해결책은 ‘리스트’ 절에서 다룬다.

array.py
def insert(nums: list[int], num: int, index: int):
    """배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입"""
    # 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for i in range(len(nums) - 1, index, -1):
        nums[i] = nums[i - 1]
    # index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num
array.cpp
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
void insert(int *nums, int size, int num, int index) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (int i = size - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.java
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
void insert(int[] nums, int num, int index) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (int i = nums.length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.cs
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
void Insert(int[] nums, int num, int index) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (int i = nums.Length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.go
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
func insert(nums []int, num int, index int) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for i := len(nums) - 1; i > index; i-- {
        nums[i] = nums[i-1]
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num
}
array.swift
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
func insert(nums: inout [Int], num: Int, index: Int) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for i in stride(from: nums.count - 1, to: index, by: -1) {
        nums[i] = nums[i - 1]
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num
}
array.js
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
function insert(nums, num, index) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (let i = nums.length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.ts
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
function insert(nums: number[], num: number, index: number): void {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (let i = nums.length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.dart
/* 배열의 인덱스 index에 원소 _num 삽입 */
void insert(List<int> nums, int _num, int index) {
  // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
  for (var i = nums.length - 1; i > index; i--) {
    nums[i] = nums[i - 1];
  }
  // 인덱스 index의 원소에 _num을 대입한다
  nums[index] = _num;
}
array.rs
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
fn insert(nums: &mut [i32], num: i32, index: usize) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for i in (index + 1..nums.len()).rev() {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.c
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
void insert(int *nums, int size, int num, int index) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (int i = size - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num;
}
array.kt
/* 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 */
fun insert(nums: IntArray, num: Int, index: Int) {
    // 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
    for (i in nums.size - 1 downTo index + 1) {
        nums[i] = nums[i - 1]
    }
    // index 위치의 원소에 num을 대입한다
    nums[index] = num
}
array.rb
### 배열의 인덱스 index에 원소 num 삽입 ###
def insert(nums, num, index)
  # 인덱스 index와 그 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 뒤로 이동한다
  for i in (nums.length - 1).downto(index + 1)
    nums[i] = nums[i - 1]
  end

  # index 위치의 원소에 num을 대입한다
  nums[index] = num
end
코드 시각화

4.   원소 삭제

마찬가지로 아래 그림(4-4)과 같이 인덱스 \(i\)의 원소를 삭제하려면 인덱스 \(i\) 뒤의 원소를 모두 한 칸씩 앞으로 옮겨야 한다.

배열에서 원소를 삭제하는 예

그림 4-4   배열에서 원소를 삭제하는 예

삭제가 끝난 뒤 원래의 마지막 원소는 ‘의미 없는’ 값이 되므로 따로 수정할 필요가 없다.

array.py
def remove(nums: list[int], index: int):
    """인덱스 index에 있는 원소 삭제"""
    # 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for i in range(index, len(nums) - 1):
        nums[i] = nums[i + 1]
array.cpp
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
void remove(int *nums, int size, int index) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (int i = index; i < size - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.java
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
void remove(int[] nums, int index) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (int i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.cs
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
void Remove(int[] nums, int index) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (int i = index; i < nums.Length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.go
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
func remove(nums []int, index int) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for i := index; i < len(nums)-1; i++ {
        nums[i] = nums[i+1]
    }
}
array.swift
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
func remove(nums: inout [Int], index: Int) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for i in nums.indices.dropFirst(index).dropLast() {
        nums[i] = nums[i + 1]
    }
}
array.js
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
function remove(nums, index) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (let i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.ts
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
function remove(nums: number[], index: number): void {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (let i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.dart
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
void remove(List<int> nums, int index) {
  // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
  for (var i = index; i < nums.length - 1; i++) {
    nums[i] = nums[i + 1];
  }
}
array.rs
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
fn remove(nums: &mut [i32], index: usize) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for i in index..nums.len() - 1 {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.c
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
// 주의: stdio.h가 remove라는 이름을 사용한다
void removeItem(int *nums, int size, int index) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (int i = index; i < size - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
array.kt
/* 인덱스 index에 있는 원소 삭제 */
fun remove(nums: IntArray, index: Int) {
    // 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
    for (i in index..<nums.size - 1) {
        nums[i] = nums[i + 1]
    }
}
array.rb
### 인덱스 index에 있는 원소 삭제 ###
def remove(nums, index)
  # 인덱스 index 뒤에 있는 모든 원소를 한 칸씩 앞으로 이동한다
  for i in index...(nums.length - 1)
    nums[i] = nums[i + 1]
  end
end
코드 시각화

배열의 삽입과 삭제 연산에는 다음과 같은 단점이 있다.

  • 높은 시간 복잡도: 삽입과 삭제의 평균 시간 복잡도는 모두 \(O(n)\)이며, \(n\)은 배열 길이다.
  • 원소 손실: 배열의 길이는 바꿀 수 없으므로 삽입 후 길이 범위를 벗어나는 원소가 사라진다.
  • 메모리 낭비: 긴 배열을 초기화하고 앞부분만 사용하면 삽입 시 사라지는 마지막 원소는 모두 ‘의미 없는’ 값이 된다. 하지만 이 방식은 메모리 공간 일부를 낭비한다.

5.   배열 순회

대부분의 프로그래밍 언어에서는 인덱스로 배열을 순회할 수도 있고, 배열의 각 원소를 직접 얻으며 순회할 수도 있다.

array.py
def traverse(nums: list[int]):
    """배열 순회"""
    count = 0
    # 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for i in range(len(nums)):
        count += nums[i]
    # 배열의 원소를 직접 순회한다
    for num in nums:
        count += num
    # 데이터의 인덱스와 원소를 함께 순회한다
    for i, num in enumerate(nums):
        count += nums[i]
        count += num
array.cpp
/* 배열 순회 */
void traverse(int *nums, int size) {
    int count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        count += nums[i];
    }
}
array.java
/* 배열 순회 */
void traverse(int[] nums) {
    int count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for (int num : nums) {
        count += num;
    }
}
array.cs
/* 배열 순회 */
void Traverse(int[] nums) {
    int count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    foreach (int num in nums) {
        count += num;
    }
}
array.go
/* 배열 순회 */
func traverse(nums []int) {
    count := 0
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for i := 0; i < len(nums); i++ {
        count += nums[i]
    }
    count = 0
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for _, num := range nums {
        count += num
    }
    // 데이터의 인덱스와 원소를 함께 순회한다
    for i, num := range nums {
        count += nums[i]
        count += num
    }
}
array.swift
/* 배열 순회 */
func traverse(nums: [Int]) {
    var count = 0
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for i in nums.indices {
        count += nums[i]
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for num in nums {
        count += num
    }
    // 데이터의 인덱스와 원소를 함께 순회한다
    for (i, num) in nums.enumerated() {
        count += nums[i]
        count += num
    }
}
array.js
/* 배열 순회 */
function traverse(nums) {
    let count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for (const num of nums) {
        count += num;
    }
}
array.ts
/* 배열 순회 */
function traverse(nums: number[]): void {
    let count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for (const num of nums) {
        count += num;
    }
}
array.dart
/* 배열 원소 순회 */
void traverse(List<int> nums) {
  int count = 0;
  // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    count += nums[i];
  }
  // 배열의 원소를 직접 순회한다
  for (int _num in nums) {
    count += _num;
  }
  // forEach 메서드로 배열을 순회한다
  nums.forEach((_num) {
    count += _num;
  });
}
array.rs
/* 배열 순회 */
fn traverse(nums: &[i32]) {
    let mut _count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for i in 0..nums.len() {
        _count += nums[i];
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    _count = 0;
    for &num in nums {
        _count += num;
    }
}
array.c
/* 배열 순회 */
void traverse(int *nums, int size) {
    int count = 0;
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        count += nums[i];
    }
}
array.kt
/* 배열 순회 */
fun traverse(nums: IntArray) {
    var count = 0
    // 인덱스를 통해 배열을 순회한다
    for (i in nums.indices) {
        count += nums[i]
    }
    // 배열의 원소를 직접 순회한다
    for (j in nums) {
        count += j
    }
}
array.rb
### 배열 순회 ###
def traverse(nums)
  count = 0

  # 인덱스를 통해 배열을 순회한다
  for i in 0...nums.length
    count += nums[i]
  end

  # 배열의 원소를 직접 순회한다
  for num in nums
    count += num
  end
end
코드 시각화

6.   원소 탐색

배열에서 특정 원소를 찾으려면 배열을 순회하면서 매번 값이 일치하는지 확인하고, 일치하면 해당 인덱스를 출력한다.

배열은 선형 자료 구조이므로 이 탐색 연산을 ‘선형 탐색’이라고 한다.

array.py
def find(nums: list[int], target: int) -> int:
    """배열에서 지정한 원소 탐색"""
    for i in range(len(nums)):
        if nums[i] == target:
            return i
    return -1
array.cpp
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
int find(int *nums, int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
array.java
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
int find(int[] nums, int target) {
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
array.cs
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
int Find(int[] nums, int target) {
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
array.go
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
func find(nums []int, target int) (index int) {
    index = -1
    for i := 0; i < len(nums); i++ {
        if nums[i] == target {
            index = i
            break
        }
    }
    return
}
array.swift
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
func find(nums: [Int], target: Int) -> Int {
    for i in nums.indices {
        if nums[i] == target {
            return i
        }
    }
    return -1
}
array.js
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
function find(nums, target) {
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] === target) return i;
    }
    return -1;
}
array.ts
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
function find(nums: number[], target: number): number {
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] === target) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}
array.dart
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
int find(List<int> nums, int target) {
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    if (nums[i] == target) return i;
  }
  return -1;
}
array.rs
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
fn find(nums: &[i32], target: i32) -> Option<usize> {
    for i in 0..nums.len() {
        if nums[i] == target {
            return Some(i);
        }
    }
    None
}
array.c
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
int find(int *nums, int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
array.kt
/* 배열에서 지정한 원소 탐색 */
fun find(nums: IntArray, target: Int): Int {
    for (i in nums.indices) {
        if (nums[i] == target)
            return i
    }
    return -1
}
array.rb
### 배열에서 지정한 원소 탐색 ###
def find(nums, target)
  for i in 0...nums.length
    return i if nums[i] == target
  end

  -1
end
코드 시각화

7.   배열 용량 확장

복잡한 시스템 환경에서는 배열 바로 뒤의 메모리 공간을 사용할 수 있다고 보장하기 어려우므로, 배열 용량을 안전하게 늘릴 수 없다. 따라서 대부분의 프로그래밍 언어에서 배열 길이는 바꿀 수 없다.

배열 용량을 늘리려면 더 큰 배열을 새로 만들고 기존 원소를 차례로 복사해야 한다. 이는 \(O(n)\) 연산으로, 배열이 매우 크면 시간이 많이 든다. 코드는 다음과 같다.

array.py
def extend(nums: list[int], enlarge: int) -> list[int]:
    """배열 길이 확장"""
    # 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    res = [0] * (len(nums) + enlarge)
    # 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for i in range(len(nums)):
        res[i] = nums[i]
    # 확장한 새 배열을 반환한다
    return res
array.cpp
/* 배열 길이 확장 */
int *extend(int *nums, int size, int enlarge) {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    int *res = new int[size + enlarge];
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 메모리 해제
    delete[] nums;
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.java
/* 배열 길이 확장 */
int[] extend(int[] nums, int enlarge) {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    int[] res = new int[nums.length + enlarge];
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.cs
/* 배열 길이 확장 */
int[] Extend(int[] nums, int enlarge) {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    int[] res = new int[nums.Length + enlarge];
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.go
/* 배열 길이 확장 */
func extend(nums []int, enlarge int) []int {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    res := make([]int, len(nums)+enlarge)
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for i, num := range nums {
        res[i] = num
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res
}
array.swift
/* 배열 길이 확장 */
func extend(nums: [Int], enlarge: Int) -> [Int] {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    var res = Array(repeating: 0, count: nums.count + enlarge)
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for i in nums.indices {
        res[i] = nums[i]
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res
}
array.js
/* 배열 길이 확장 */
// JavaScript의 Array는 동적 배열이므로 직접 확장할 수 있다
// 학습의 편의를 위해 이 함수에서는 Array를 길이가 고정된 배열로 취급한다
function extend(nums, enlarge) {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    const res = new Array(nums.length + enlarge).fill(0);
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.ts
/* 배열 길이 확장 */
// TypeScript의 Array는 동적 배열이므로 직접 확장할 수 있다
// 학습의 편의를 위해 이 함수에서는 Array를 길이가 고정된 배열로 취급한다
function extend(nums: number[], enlarge: number): number[] {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    const res = new Array(nums.length + enlarge).fill(0);
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.dart
/* 배열 길이 확장 */
List<int> extend(List<int> nums, int enlarge) {
  // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
  List<int> res = List.filled(nums.length + enlarge, 0);
  // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    res[i] = nums[i];
  }
  // 확장한 새 배열을 반환한다
  return res;
}
array.rs
/* 배열 길이 확장 */
fn extend(nums: &[i32], enlarge: usize) -> Vec<i32> {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    let mut res: Vec<i32> = vec![0; nums.len() + enlarge];
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열로 복사한다
    res[0..nums.len()].copy_from_slice(nums);

    // 확장한 새 배열을 반환한다
    res
}
array.c
/* 배열 길이 확장 */
int *extend(int *nums, int size, int enlarge) {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    int *res = (int *)malloc(sizeof(int) * (size + enlarge));
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 확장한 공간 초기화
    for (int i = size; i < size + enlarge; i++) {
        res[i] = 0;
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res;
}
array.kt
/* 배열 길이 확장 */
fun extend(nums: IntArray, enlarge: Int): IntArray {
    // 길이를 확장한 배열을 초기화한다
    val res = IntArray(nums.size + enlarge)
    // 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
    for (i in nums.indices) {
        res[i] = nums[i]
    }
    // 확장한 새 배열을 반환한다
    return res
}
array.rb
### 배열 길이 확장 ###
# Ruby의 Array는 동적 배열이므로 직접 확장할 수 있다
# 학습의 편의를 위해 이 함수에서는 Array를 길이가 고정된 배열로 취급한다
def extend(nums, enlarge)
  # 길이를 확장한 배열을 초기화한다
  res = Array.new(nums.length + enlarge, 0)

  # 원래 배열의 모든 원소를 새 배열에 복사한다
  for i in 0...nums.length
    res[i] = nums[i]
  end

  # 확장한 새 배열을 반환한다
  res
end
코드 시각화

4.1.2   배열의 장점과 한계

배열은 연속된 메모리 공간에 저장되고 원소의 자료형이 모두 같다. 이러한 풍부한 사전 정보를 활용하면 시스템은 자료 구조의 연산 효율을 최적화할 수 있다.

  • 높은 공간 효율: 연속된 메모리 블록을 데이터에 할당하므로 추가적인 구조 비용이 없다.
  • 임의 접근 지원: 어떤 원소든 \(O(1)\) 시간에 접근할 수 있다.
  • 캐시 지역성: 배열 원소에 접근할 때 컴퓨터는 그 원소뿐 아니라 주변 데이터도 캐시에 저장한다. 이를 통해 이후 연산의 실행 속도를 높일 수 있다.

연속 공간 저장은 양날의 검으로, 다음과 같은 한계가 있다.

  • 낮은 삽입 및 삭제 효율: 원소가 많으면 삽입이나 삭제 시 많은 원소를 이동해야 한다.
  • 고정된 길이: 초기화한 뒤에는 길이가 고정된다. 용량을 늘리려면 모든 데이터를 새 배열로 복사해야 하므로 비용이 크다.
  • 공간 낭비: 실제 필요한 크기보다 크게 할당하면 남는 공간이 낭비된다.

4.1.3   배열의 대표적인 활용

배열은 기본적이면서도 흔히 쓰이는 자료 구조다. 다양한 알고리즘에 자주 사용되며 복잡한 자료 구조를 구현하는 데도 쓰인다.

  • 임의 접근: 일부 표본을 무작위로 추출하려면 데이터를 배열에 저장하고 무작위 수열을 생성하여 인덱스에 따라 표본을 뽑을 수 있다.
  • 정렬과 탐색: 배열은 정렬 및 탐색 알고리즘에서 가장 많이 쓰이는 자료 구조다. 퀵 정렬, 병합 정렬, 이진 탐색 등은 주로 배열에서 수행된다.
  • 조회 테이블: 원소나 대응 관계를 빠르게 찾고 싶을 때 배열을 조회 테이블로 사용할 수 있다. 예를 들어 문자와 ASCII 코드의 대응을 구현하려면 문자의 ASCII 코드 값을 인덱스로 삼고, 해당 원소를 배열의 대응 위치에 저장하면 된다.
  • 머신 러닝: 신경망에서는 벡터, 행렬, 텐서 사이의 선형 대수 연산을 많이 사용하며, 이 데이터들은 모두 배열 형태로 구성된다. 배열은 신경망 프로그래밍에서 가장 많이 쓰는 자료 구조다.
  • 자료 구조 구현: 배열로 스택, 큐, 해시 테이블, 힙, 그래프 등을 구현할 수 있다. 예를 들어 그래프의 인접 행렬 표현은 실제로 이차원 배열이다.
댓글로 의견이나 질문, 제안을 남겨 주세요