[java] 제네릭과 컬렉션 정리

컬렉션 : 요소들의 저장소이다. 요소의 개수에 따라 크기가 자동조절된다. 요소의 삽입삭제에 따른 요소의 위치 자동이동.
-> 배열이 가진 고정 크기의 단점을 극복하기 위해 객체들을 쉽게 삽입 삭제 검색 할 수 있는 가변 크기의 컨테이너이다.

배열과 컬렉션의 차이점
배열은 고정 크기 이상의 객체를 관리할 수 없고, 중간에 객체가 삭제되면 응용프로그램에서 자리를 옮겨야 한다. 하지만 컬렉션은 가변 크기로서 객체의 개숫를 염려할 필요가 없고 컬랙션 내의 한 객체가 삭제되면 컬렉션이 자동으로 자리를 옮겨준다.

 

컬렉션의 특징 : 컬렉션 자체가 제네릭 기법으로 구현되어있고, 컬렉션의 요소는 객체만 가능하다.

Vector<E> 에서 E 대신 구체적인 타입을 지정하면 그 값만 저장하는 벡터를 사용할 수 있다. 특정 타입만 다루지 않고 여러 종류의 타입으로 변신할 수 있도록 컬렉션을 일반화시키기 위해 <E>를 사용하는 것. <E> 자체를 타입 매개변수라고 부르고 타입 매개변수를 일반화 시킨 타입을 제네릭 타입이라고 부른다.

Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); 오류 x -> 하지만 기본 타입의 값이 삽입되면 자동박싱(auto boxing)에 의해 Wrapper 클래스 타입으로 변환되어 객체로 저장된다.

 

제네릭의 기본개념
제네릭은 모든 종류의 타입을 다룰 수 있도록, 클래스나 메소드 타입 매개변수를 이용하여 선언하는 기법.
자바의 제네릭은 c++의 탬플릿과 동일.
자바의 제네릭은 클래스 코드를 찍어내듯이 생산할 수 있도록 일반화 시키는 도구이다.
Stack<E>에서 E에 구체적인 타입을 지정하면, 지정된 타입암ㄴ 다룰 수 있는 구체화된 스택이 된다.

 

제네릭 타입 매개변수
컬렉션 클래스에서 타입 매개변수로 사용하는 문자는 다른 변수와 혼동을 피하기 위해 일반적으로 하나의 대문자를 사용 ex(E :element T : type V : value K : key)

 

제네릭 컬렉션 활용

Vector<E> : 배열을 가변 크기로 다룰 수 있게 하고 객체의 삽입 삭제 이동이 쉽도록 구성한 컬렉션 클래스이다. 벡터는 삽입되는 요소의 개수에 따라 자동으로 크기를 조절하고, 요소의 삽입과 삭제에 따라 자동으로 요소들의 자리를 이동.

 

Vector 생성

Vector<Integer> v = new Vector<Integer> (5);
기존 객체생성과의 차이는 특정 매개변수를 지정해 줄 수 있다.
int, char, double 등의 기본 타입은 E에 사용할 수는 없다.
초기 용량이 5인 백터 생성
Vector 요소 삽입
v.add(Integer.valueOf(5)); -> 정수를 Ingeger 객체를 만들어 삽입 v.add(5); -> 자동 박싱기능을 활용
자동 박싱에 의해 int 타입의 정수는 자동으로 Integer 객체로 변환되어 삽입된다. 그러나 벡터 v에는 Integer 외의 다른 타입의 객체를 삽입할 수 없다.
v.add(null) -> 널도 삽입가능하다.
v.add(2,100) -> 중간에 객체 삽입 가능하다. 인덱스 2의 위치에 정수 100을 삽입.
이코드는 인덱스 2의 위치에 정수 100을 삽입하고 기존의 인덱스 2와 그 뒤에 있는 요소들을 모두 한 자리씩 뒤로 이동시킨다. 하지만 벡터에 1개의 요소(인덱스 0의 위치)만 들어 있는 상태라면 이 코드가 실행될 때 예외가 발생한다. 인덱스 1이 빈 공간이 되기 때문.

 

요소 알아내기
int i = v.get(i) -> 자동 언박싱에 의해 v.get(1)이 리턴하는 Integer 객체의 정수 값이 변수 i에 저장된다.

 

벡터의 크기와 용량 알아내기
int len = v.size() -> 벡터의 크기 : 벡터에 들어있는 요소의 개수
int cap = v.capapcity() -> 벡터의 용량 : 수용할 수 있는 크기

 

요소 삭제
v.remove(1); -> 인덱스 1의 위치에 있는 요소 삭제
Integer m = Integer. valueOf(100); //m은 객체 레퍼런스
v. add(m);

v.remove(m); -> 레퍼런스 m의 요소 삭제 가능
v.removeAllElements(); -> 모든 요소를 삭제

 

ArrayList<E>

가변 크기의 배열을 구현한 컬렉션 클래스. 경로명은 java.util.ArrayList, Vector 클래스와 거의 동일.
차이점은 ArrayList는 스레드 간에 동기화를 지원하지 않기 때문에 다수의 스레드가 동시에 ArrayList에 요소를 삽입하거나 삭제할 때 ArrayList의 데이터가 훼손될 우려가 있다. 하지만 멀티스레드 동기화를 위한 시간 소모가 없기 때문에 ArrayList는 Vector보다 속도가 빨라, 단일 스레드 응용에는 더 효과적이다.

삽입은 벡터와 유사

 

ArrayList의 크기 알아내기
int len = a.size() //a 의 들어있는 요소의 개수
ArrayList는 벡터와 달리 현재 용량을 리턴하는 메소드가 없다.

 

ArrayList의 요소 삭제
삭제도 유사.
a.clear(); -> 모든 요소를 삭제하는 메소드

 

컬렉션의 순차 검색을 위한 Iterator
vector,ArrayList, LinkedList, Set과 같이 요소가 순서대로 저장된 컬렉션에서 요소를 순차적으로 검색할 때는 Java.util 팩키지의 Interator<E> 인터페이스를 사용하면 편리하다.
여기서 <E>에는 컬렉션으 매개변수와 동일한 타입을 지정

Iterator() 메소드를 호출하면 Iterator 객체를 리턴하며, 이 객체를 이용하여 인덱스 없이 컬렉션의 요소에 대해 순차검색이 가능하다.

Iterator를 이용한 모든 정수 출력하기
Iterator<Integer> it = v.iterator(); // Iterator 객체 얻기
While(it.hasNext()){
 int n = it.next();
 System.out.println(n);
}

 

HashMap<K,V>
HashMap<K,V> 컬렉션은 경로명이 java.util.HashMap이며, key 와 value 값의 쌍으로 구성되는 요소를 다룬다.
put(key,value) 메소드는 키와 값을 받아 키를 이용하여 해시 함수를 실행시키고 해시 함수가 리턴하는 위치에 키와 값을 저장한다.

get(key)는 다시 키를 이용하여 동일한 해시 함수를 실행하여 값이 저장된 위치를 알아내어 값을 리턴한다.

해시맵은 해시 함수를 통해 키와 값이 저장되는 위치를 저장하므로 사용자는 그 위치를 알 수 없고, 삽입되는 순서와 들어있는 위치 또한 관계가 없다.

해시맵의 장단점
1. 요소의 삽입삭제가 매우 빠르다. -> 요소의 삽입 삭제 시 다른 요소들의 위치 이동이 필요 없기 때문이다.
2. 요소 검색이 더 빠르다. -> get(key) 메소드가 호출되면 해시 함수가 key가 저장된 위치를 단번에 찾아내므로 Vector<E> 나 ArrayList<E>에서처럼 모든 요소들을 하나씩 비교하는 시간 낭비가 전혀 없기 때문이다.

3. 해시맵은 인덱스를 이용하여 요소에 접근할 수 없고 오직 키 로만 검색해야한다 -> 그러므로 해시맵은 빠른 삽입과 검색이 필요한 응용에 적합하다.

키로 값 읽기
String kor1 = h.get(“love”) ; love란 키를 전달하면 사랑이란 값 얻을 수 있다.
만약 해시맵에 없는 키로 get을 호출하면 null을 리턴한다.
키로 요소 삭제
h.remove(“love”); -> put(“love”,”사랑”)으로 삽입한 요소 삭제
요소 개수 알아내기
int n = h.size() 현재 h내에 있는 요소의 개수 리턴

해시맵의 전체 검색
Set<String> Keys = h.keySet(); // 해시맵 h에 있는 모든 키를 set 컬렉션으로 리턴
Iterator<String> it = keys.iterator(); //Set의 각 문자열을 순차 검색하는 Iterator 리턴
while(it.hasNext()){
 String key = it.next();
 String value = h.get(key);
 System.out.println.....
}

 

LinkedList<E>
LinkedList<E>는 List<E> 인터페이스를 구현한 클래스로서 경로명이 java.util.LinkedList이다. LinkedList는 요소들을 양방향으로 연결하여 관리한다는 점이 Vector, ArrayList와 차이점이다. LinkedList는 맨 앞과 맨 뒤를 가리키는 head, tail 레퍼런스를 가지고 있어, 맨 앞이나 맨 뒤, 중간에 요소의 삽입이 가능하며 인덱스를 이용하여 요소에 접근할 수도 있다.

Collections 클래스 활용
java.util 패캐지에 포함된 Collections 클래스는 다음과 같이 컬렉션을 다루는데 유용한 여러 메소드를 지원한다.
sort() -> 컬렉션에 포함된 요소들의 정렬
reverse() -> 요소를 반대 순으로 정렬
max(),min() -> 요소들의 최댓값과 최솟값 알아내기
binarySearch() -> 이진 탐색

Collections 클래스의 매소드는 모두 static 타입이므로 Collections 객체를 생성할 필요가 없다.
본래 Collectios 클래스는 java.lang.Comparable을 상속받는 element에 대해서만 작동한다. Int, char, double 등의 기본 타입과 Stirng 클래스는 이 조건을 중족하지만, 사요자가 클래스를 작성하는 경우 java.lang.Comparable을 상속 받아야한다.

 

제네릭 만들기
제네릭 클래스를 작성하는 방법은 기조늬 클래스 작성방법과 유사하다. 클래스 이름 다음에 제네릭 타입의 매개별수를 써주면 된다.
public class MyClass<T>{ //제네릭 클래스 Myclass, 타입 매개변수 T
}

제네릭 클래스의 레퍼런스 변수를 선언할 때 다음과 같이 타입 매개변수에 구체적인 타입을 적는다.
MyClass<String> s
List<Integer> li

제네릭 객체 생성 – 구체화
제네릭 클래스에 구체적인 타입을 대입하여 구체적인 객체를 생성하는 과정을 구체화라고 부르며, 이 과정은 자바 컴파일러에 의해 이루어 진다.
제네릭의 구체화에는 기본 타입은 사용할 수 없음에 유의해야한다.

타입 매개변수
제네릭 클래스 내에서 제네릭 타입을 가진 객체의 생성은 허용되지 않는다.
public class MyValue<E>{
 E create(){
  E a = new E() ; 컴파일 오류. 제넬기 타입의 객체 생성불가
  return a;
 }
}
그 이유는 컴파일러가 MyVector<E> 클래스의 new E() 라인을 컴파일할 때 E에 대한 구체적인 타입을 알 수 없어, 호출될 생성자를 결정할 수 없고, 또한 객체 생성 시 어떤 크기의 메모리를 할당해야 할 지 전혀 알 수 없기 때문이다.

 

제네릭과 배열
제네릭에서는 배열에 대한 제한을 두고 있다. 제네릭 클래스 또는 인터페이스 타입의 배열은 선언할 수없다.
Gstack <Integer>{} gs = new Gstack<Integer> [10];  // 컴파일 오류
그러나 제네릭 타입의 배열 선언은 허락된다.
public void MyArray(T[] a) { }

 

제네릭 메소드
클래스의 일부 메소드로만 제네릭으로 구현할 수도 있다. toStack() 메소드를 제네릭으로 구현
class GebericMethodEx{
 static <T> void toStack(T[] a, Gstack<T> gs){}
타입 매개변수는 메소드의 리턴 타입 앞에 선언된다. 위의 toStack()에서 <T>가 타입 매개변수의 선언이다. 제네릭 메소드를 호출할 때는 컴파일러가 메소드의 인자를 통해 타입을 유추할 수 있어 제네릭 클래스나 인터페이스와는 달리 타입을 명시하지 않아도 된다.
String[] sArray = new String[100];
Gstack<String> stringStack = new Gstack<String>();
GenericMethodEx.toStack(sArray, stirngStack); //타입 매개변수가 T를 String 으로 유추

String[] sArray = new String[100];
Gstack<Object> objectStack = new Gstack<Object>();
GenericMethodEx.toStack(sArray, objectStack); //타입 매개변수가 T를 Object로 유추

여기서 sArray는 String[] 타입이며, objectStack은 Gstack<object>이다. Object가 String의 슈퍼 클래스이므로 컴파일러는 Object 타입으로 유추한다.

 

제네릭의 장점
1. 동적으로 타입이 결정되지 않고 컴파일 시에 타입이 결정되므로 보다 안전한 프로그래밍 가능
2. 런타임 타입 충돌 문제 방지
3. 개발 시 타입 캐스팅 절차 불필요
4. ClassCastException 방지 -> 부모클래스가 자식클래스를 캐스팅