명품 JAVA Programming 제 7 장 제네릭과 컬렉션

컬렉션(collection)의 개념 컬렉션 요소(element)라고 불리는 가변 개수의 객체들의 저장소 객체들의 컨테이너라고도 불림 요소의 개수에 따라 크기 자동 조절 요소의 삽입, 삭제에 따른 요소의 위치 자동 이동 고정 크기의 배열을 다루는 어려움 해소 다양한 객체들의 삽입, 삭제, 검색 등의 관리 용이

컬렉션을 위한 인터페이스와 클래스 인터페이스 클래스 Collection<E> Map<K, V> Set<E> List<E> Queue<E> 인터페이스 클래스 HashSet<E> ArrayList<E> Vector<E> LinkedList<E> HashMap<K, V> Stack<E>

컬렉션과 제네릭 컬렉션은 제네릭(generics) 기법으로 구현됨 컬렉션의 요소는 객체만 가능 제네릭 기본적으로 int, char, double 등의 기본 타입 사용 불가 JDK 1.5부터 자동 박싱/언박싱 기능으로 기본 타입 사용 가능 제네릭 특정 타입만 다루지 않고, 여러 종류의 타입으로 변신할 수 있도 록 클래스나 메소드를 일반화시키는 기법 <E>, <K>, <V> : 타입 매개 변수 요소 타입을 일반화한 타입 제네릭 클래스 사례 제네릭 벡터 : Vector<E> E에 특정 타입으로 구체화 정수만 다루는 벡터 Vector<Integer> 문자열만 다루는 벡터 Vector<String>

Stack<Integer> 제네릭의 기본 개념 JDK 1.5에서 도입(2004년 기점) 모든 종류의 데이터 타입을 다룰 수 있도록 일반화된 타 입 매개 변수로 클래스나 메소드를 작성하는 기법 C++의 템플릿(template)과 동일 정수만 저장 정수 스택 ... void push(Integer element) { ... } Integer pop() { ... } 20 -345 class Stack<E> { ... void push(E element) { ... } E pop() { ... } } 123 Stack<Integer> 10 ... void push(String element) { ... } String pop() { ... } Stack<String> “Good” “C#” 제네릭 스택 특정 타입으로 구체화 “C++” “Java” 문자열 스택 문자열만 저장

제네릭 Stack<E> 클래스의 JDK 매뉴얼

Vector<E> Vector<E>의 특성 java.util.Vector <E>에서 E 대신 요소로 사용할 특정 타입으로 구체화 여러 객체들을 삽입, 삭제, 검색하는 컨테이너 클래스 배열의 길이 제한 극복 원소의 개수가 넘쳐나면 자동으로 길이 조절 Vector에 삽입 가능한 것 객체, null 기본 타입은 박싱/언박싱으로 Wrapper 객체로 만들어 저장 Vector에 객체 삽입 벡터의 맨 뒤에 객체 추가 벡터 중간에 객체 삽입 Vector에서 객체 삭제 임의의 위치에 있는 객체 삭제 가능 : 객체 삭제 후 자동 자리 이동

Vector<Integer> 컬렉션 내부 구성 Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); add()를 이용하여 요소를 삽입하고 get()을 이용하여 요소를 검색합니다

타입 매개 변수 사용하지 않는 경우 경고 발생 Vector로만 사용하면 경고 발생 Vector<Integer>나 Vector<String> 등 타입 매개 변수를 사용하여야 함

Vector<E> 클래스의 주요 메소드

컬렉션과 자동 박싱/언박싱 JDK 1.5 이전 JDK 1.5부터 기본 타입 데이터를 Wrapper 클래스를 이용하여 객체로 만들어 사용 컬렉션으로부터 요소를 얻어올 때, Wrapper 클래스로 캐스팅 필요 JDK 1.5부터 자동 박싱/언박싱의 기능 추가 Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); v.add(new Integer(4)); v.add(new Character(’r’)); v.add(new Double(3.14)); Integer n = (Integer)v.get(0); int k = n.intValue(); // k = 4 Vector<Integer> v = new Vector<Integer> (); v.add(4); // 4 → new Integer(4)로 자동 박싱 int k = v.get(0); // Integer 타입이 int 타입으로 자동 언박싱, k = 4

예제 7-1 : 정수 값만 다루는 Vector<Integer> 정수 값만 다루는 제네릭 벡터를 생성하고 활용하는 사례를 보인다. 다음 코드에 대한 결과는 무엇인가? import java.util.Vector; public class VectorEx { public static void main(String[] args) { // 정수 값만 다루는 제네릭 벡터 생성 Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); v.add(5); // 5 삽입 v.add(4); // 4 삽입 v.add(-1); // -1 삽입 // 벡터 중간에 삽입하기 v.add(2, 100); // 4와 -1 사이에 정수 100 삽입 System.out.println("벡터 내의 요소 객체 수 : " + v.size()); System.out.println("벡터의 현재 용량 : " + v.capacity()); // 모든 요소 정수 출력하기 for(int i=0; i<v.size(); i++) { int n = v.get(i); System.out.println(n); } // 벡터 속의 모든 정수 더하기 int sum = 0; for(int i=0; i<v.size(); i++) { int n = v.elementAt(i); sum += n; } System.out.println("벡터에 있는 정수 합 : “ + sum); 5 4 100 -1 벡터에 있는 정수 합 : 108

예제 7-2 Point 클래스의 객체들만 저장하는 벡터 만들기 (x, y) 한 점을 추상화한 Point 클래스를 만들고 Point 클래스의 객체만 저장하는 벡터를 작성하라. import java.util.Vector; class Point { private int x, y; public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } public String toString() { return "(" + x + "," + y + ")"; public class PointVectorEx { public static void main(String[] args) { // Point 객체를 요소로만 가지는 벡터 생성 Vector<Point> v = new Vector<Point>(); // 3 개의 Point 객체 삽입 v.add(new Point(2, 3)); v.add(new Point(-5, 20)); v.add(new Point(30, -8)); // 벡터에 있는 Point 객체 모두 검색하여 출력 for(int i=0; i<v.size(); i++) { Point p = v.get(i); // 벡터에서 i 번째 Point 객체 얻어내기 System.out.println(p); // p.toString()을 이용하여 객체 p 출력 } (2,3) (-5,20) (30,-8)

ArrayList<E> ArrayList<E>의 특성 java.util.ArrayList, 가변 크기 배열을 구현한 클래스 <E>에서 E 대신 요소로 사용할 특정 타입으로 구체화 ArrayList에 삽입 가능한 것 객체, null 기본 타입은 박싱/언박싱으로 Wrapper 객체로 만들어 저장 ArrayList에 객체 삽입/삭제 리스트의 맨 뒤에 객체 추가 리스트의 중간에 객체 삽입 임의의 위치에 있는 객체 삭제 가능 벡터와 달리 스레드 동기화 기능 없음 다수 스레드가 동시에 ArrayList에 접근할 때 동기화되지 않음 개발자가 스레드 동기화 코드 작성

ArrayList<String> 컬렉션의 내부 구성 ArrayList<String> = new ArrayList<String>(); add()를 이용하여 요소를 삽입하고 get()을 이용하 여 요소를 검색합니다

ArrayList<E> 클래스의 주요 메소드

예제 7-3 : ArrayList에 문자열을 달기 import java.util.*; public class ArrayListEx { public static void main(String[] args) { // 문자열만 삽입가능한 ArrayList 컬렉션 생성 ArrayList<String> a = new ArrayList<String>(); // 키보드로부터 4개의 이름 입력받아 ArrayList에 삽입 Scanner scanner = new Scanner(System.in); for(int i=0; i<4; i++) { System.out.print("이름을 입력하세요>>"); String s = scanner.next(); // 키보드로부터 이름 입력 a.add(s); // ArrayList 컬렉션에 삽입 } // ArrayList에 들어 있는 모든 이름 출력 for(int i=0; i<a.size(); i++) { // ArrayList의 i 번째 문자열 얻어오기 String name = a.get(i); System.out.print(name + " "); // 가장 긴 이름 출력 int longestIndex = 0; for(int i=1; i<a.size(); i++) { if(a.get(longestIndex).length() < a.get(i).length()) longestIndex = i; } System.out.println("\n가장 긴 이름은 : " + a.get(longestIndex)); 이름을 입력하세요>>Mike 이름을 입력하세요>>Jane 이름을 입력하세요>>Ashley 이름을 입력하세요>>Helen Mike Jane Ashley Helen 가장 긴 이름은 : Ashley

컬렉션의 순차 검색을 위한 Iterator Iterator<E> 인터페이스 Vector<E>, ArrayList<E>, LinkedList<E>가 상속받는 인터페이스 리스트 구조의 컬렉션에서 요소의 순차 검색을 위한 메소드 포함 Iterator<E> 인터페이스 메소드 iterator() 메소드 iterator()를 호출하면 Iterator 객체 반환 Iterator 객체를 이용하여 인덱스 없이 순차적 검색 가능 Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); Iterator<Integer> it = v.iterator(); while(it.hasNext()) { // 모든 요소 방문 int n = it.next(); // 다음 요소 리턴 ... }

예제 7-4 : Iterator를 이용하여 Vector의 모든 요소 출력하고 합 구하기 Vector<Integer>로부터 Iterator를 얻어내고 벡터의 모든 정수를 출력하고 합을 구하라. import java.util.*; public class IteratorEx { public static void main(String[] args) { // 정수 값만 다루는 제네릭 벡터 생성 Vector<Integer> v = new Vector<Integer>(); v.add(5); // 5 삽입 v.add(4); // 4 삽입 v.add(-1); // -1 삽입 v.add(2, 100); // 4와 -1 사이에 정수 100 삽입 // Iterator를 이용한 모든 정수 출력하기 Iterator<Integer> it = v.iterator(); // Iterator 객체 얻기 while(it.hasNext()) { int n = it.next(); System.out.println(n); } // Iterator를 이용하여 모든 정수 더하기 int sum = 0; it = v.iterator(); // Iterator 객체 얻기 while(it.hasNext()) { int n = it.next(); sum += n; } System.out.println("벡터에 있는 정수 합 : " + sum); 5 4 100 -1 벡터에 있는 정수 합 : 108

HashMap<K,V> HashMap<K,V> 키(key)와 값(value)의 쌍으로 구성되는 요소를 다루는 컬렉션 java.util.HashMap K는 키로 사용할 요소의 타입, V는 값으로 사용할 요소의 타입 지정 키와 값이 한 쌍으로 삽입 키는 해시맵에 삽입되는 위치 결정에 사용 값을 검색하기 위해서는 반드시 키 이용 삽입 및 검색이 빠른 특징 요소 삽입 : put() 메소드 요소 검색 : get() 메소드 예) HashMap<String, String> 생성, 요소 삽입, 요소 검색 HashMap<String, String> h = new HashMap<String, String>(); h.put("apple", "사과"); // "apple" 키와 "사과" 값의 쌍을 해시맵에 삽입 String kor = h.get("apple"); // "apple" 키로 값 검색. kor는 "사과“

HashMap<String, String>의 내부 구성과 put(), get() 메소드 HashMap<String, String> map = new HashMap<String, String>();

HashMap<K,V>의 주요 메소드

예제 7-5 : HashMap을 이용하여 영어 단어와 한글 단어를 쌍으로 저장하고 검색하는 사례 영어 단어로 한글 단어를 검색하는 프로그램을 작성하라. import java.util.*; public class HashMapDicEx { public static void main(String[] args) { // 영어 단어와 한글 단어의 쌍을 저장하는 HashMap 컬렉션 생성 HashMap<String, String> dic = new HashMap<String, String>(); // 3 개의 (key, value) 쌍을 dic에 저장 dic.put("baby", "아기"); // "baby"는 key, "아기"은 value dic.put("love", "사랑"); dic.put("apple", "사과"); // dic 컬렉션에 들어 있는 모든 (key, value) 쌍 출력 Set<String> keys = dic.keySet(); // key 문자열을 가진 Set 리턴 Iterator<String> it = keys.iterator(); while(it.hasNext()) { String key = it.next(); String value = dic.get(key); System.out.println("(" + key + "," + value + ")"); } // 영어 단어를 입력 받고 한글 단어 검색 Scanner scanner = new Scanner(System.in); for(int i=0; i<3; i++) { System.out.print("찾고 싶은 단어는?"); String eng = scanner.next(); System.out.println(dic.get(eng)); } (love,사랑) (apple,사과) (baby,아기) 찾고 싶은 단어는?apple 사과 찾고 싶은 단어는?babo null 찾고 싶은 단어는?love 사랑 “babo”를 해시맵에서 찾을 수 없기 때문에 null 리턴

예제 7-6 HashMap을 이용하여 자바 과목의 점수를 기록 관리하는 코드 작성 import java.util.*; public class HashMapScoreEx { public static void main(String[] args) { // 사용자 이름과 점수를 기록하는 HashMap 컬렉션 생성 HashMap<String, Integer> javaScore = new HashMap<String, Integer>(); // 5 개의 점수 저장 javaScore.put("한홍진", 97); javaScore.put("황기태", 34); javaScore.put("이영희", 98); javaScore.put("정원석", 70); javaScore.put("한원선", 99); System.out.println("HashMap의 요소 개수 :" + javaScore.size()); // 모든 사람의 점수 출력. // javaScore에 들어 있는 모든 (key, value) 쌍 출력 // key 문자열을 가진 집합 Set 컬렉션 리턴 Set<String> keys = javaScore.keySet(); // key 문자열을 순서대로 접근할 수 있는 Iterator 리턴 Iterator<String> it = keys.iterator(); while(it.hasNext()) { String name = it.next(); int score = javaScore.get(name); System.out.println(name + " : " + score); } HashMap의 요소 개수 :5 한원선 : 99 한홍진 : 97 황기태 : 34 이영희 : 98 정원석 : 70

예제 7-7 HashMap을 이용한 학생 정보 저장 id와 전화번호로 구성되는 Student 클래스를 만들고, 이름을 ‘키’로 하고 Student 객체를 ‘값’으로 하는 해시맵을 작성하라. import java.util.*; class Student { // 학생을 표현하는 클래스 int id; String tel; public Student(int id, String tel) { this.id = id; this.tel = tel; } public class HashMapStudentEx { public static void main(String[] args) { // 학생 이름과 Student 객체를 쌍으로 저장하는 HashMap 컬렉션 생성 HashMap<String, Student> map = new HashMap<String, Student>(); // 3 명의 학생 저장 map.put("황기태", new Student(1, "010-111-1111")); map.put("한원선", new Student(2, "010-222-2222")); map.put("이영희", new Student(3, "010-333-3333")); System.out.println("HashMap의 요소 개수 :" + map.size()); // 모든 학생 출력. map에 들어 있는 모든 (key, value) 쌍 출력 // key 문자열을 가진 집합 Set 컬렉션 리턴 Set<String> names = map.keySet(); // key 문자열을 순서대로 접근할 수 있는 Iterator 리턴 Iterator<String> it = names.iterator(); while(it.hasNext()) { String name = it.next(); // 다음 키. 학생 이름 Student student = map.get(name); System.out.println(name + " : " + student.id + " " + student.tel); } HashMap의 요소 개수 :3 한원선 : 2 010-222-2222 황기태 : 1 010-111-1111 이영희 : 3 010-333-3333 출력된 결과는 삽입된 결과와 다르다는 점을 기억하기 바람

LinkedList<E> LinkedList<E>의 특성 java.util.LinkedList Vector, ArrayList 클래스와 매우 유사하게 작동 요소 객체들은 양방향으로 연결되어 관리됨 요소 객체는 맨 앞, 맨 뒤에 추가 가능 요소 객체는 인덱스를 이용하여 중간에 삽입 가능 맨 앞이나 맨 뒤에 요소를 추가하거나 삭제할 수 있어 스택이나 큐로 사용 가능

LinkedList<String>의 내부 구성과 put(), get() 메소드 LinkedList<String> l = new LinkedList<String>();

Collections 클래스 활용 Collections 클래스 java.util 패키지에 포함 컬렉션에 대해 연산을 수행하고 결과로 컬렉션 리턴 모든 메소드는 static 타입 주요 메소드 컬렉션에 포함된 요소들을 소팅하는 sort() 메소드 요소의 순서를 반대로 하는 reverse() 메소드 요소들의 최대, 최솟값을 찾아내는 max(), min() 메소드 특정 값을 검색하는 binarySearch() 메소드

예제 7-8 : Collections 클래스의 활용 실행하는 사례를 살펴보자. import java.util.*; public class CollectionsEx { static void printList(LinkedList<String> l) { Iterator<String> iterator = l.iterator(); while (iterator.hasNext()) { String e = iterator.next(); String separator; if (iterator.hasNext()) separator = "->"; else separator = "\n"; System.out.print(e+separator); } public static void main(String[] args) { LinkedList<String> myList = new LinkedList<String>(); myList.add("트랜스포머"); myList.add("스타워즈"); myList.add("매트릭스"); myList.add(0,"터미네이터"); myList.add(2,"아바타"); Collections.sort(myList); // 요소 정렬 printList(myList); // 정렬된 요소 출력 Collections.reverse(myList); // 요소의 순서를 반대로 printList(myList); // 요소 출력 int index = Collections.binarySearch(myList, "아바타") + 1; System.out.println("아바타는 " + index + "번째 요소입니다."); } static 메소드이므로 클래스 이름으로 바로 호출 소팅된 순서대로 출력 매트릭스->스타워즈->아바타->터미네이터->트랜스포머 트랜스포머->터미네이터->아바타->스타워즈->매트릭스 아바타는 3번째 요소입니다. 거꾸로 출력

제네릭 만들기 제네릭 클래스와 인터페이스 클래스나 인터페이스 선언부에 일반화된 타입 추가 제네릭 클래스 레퍼런스 변수 선언 public class MyClass<T> { T val; void set(T a) { val = a; } T get() { return val; 제네릭 클래스 MyClass 선언, 타입 매개 변수 T val의 타입은 T T 타입의 값 a를 val에 지정 T 타입의 값 val 리턴 MyClass<String> s; List<Integer> li; Vector<String> vs;

제네릭 객체 생성 – 구체화(specialization) 제네릭 타입의 클래스에 구체적인 타입을 대입하여 객체 생성 컴파일러에 의해 이루어짐 구체화된 MyClass<String>의 소스 코드 MyClass<String> s = new MyClass<String>(); // 제네릭 타입 T에 String 지정 s.set("hello"); System.out.println(s.get()); // "hello" 출력 MyClass<Integer> n = new MyClass<Integer>(); // 제네릭 타입 T에 Integer 지정 n.set(5); System.out.println(n.get()); // 숫자 5 출력 public class MyClass<T> { T val; void set(T a) { val = a; } T get() { return val; public class MyClass<String> { String val; // 변수 val의 타입은 String void set(String a) { val = a; // String 타입의 값 a를 val에 지정 } String get() { return val; // String 타입의 값 val을 리턴 T가 String 으로 구체화

구체화 오류 타입 매개 변수에 기본 타입은 사용할 수 없음 Vector<int> vi = new Vector<int>(); // 컴파일 오류. int 사용 불가 수정 Vector<Integer> vi = new Vector<Integer>(); // 정상 코드

타입 매개 변수 타입 매개 변수 ‘<‘과 ‘>’사이에 하나의 대문자를 타입 매개 변수로 사용 많이 사용하는 타입 매개 변수 문자 E : Element를 의미하며 컬렉션에서 요소를 표시할 때 많이 사용한 다. T : Type을 의미한다. V : Value를 의미한다. K : Key를 의미 타입 매개변수가 나타내는 타입의 객체 생성 불가 ex) T a = new T(); 타입 매개 변수는 나중에 실제 타입으로 구체화 어떤 문자도 매개 변수로 사용 가능

예제 7-9 : 제네릭 스택 만들기 스택을 제네릭 클래스로 작성하고, String과 Integer형 스택을 사용하는 예를 보여라. class GStack<T> { int tos; Object [] stck; public GStack() { tos = 0; stck = new Object [10]; } public void push(T item) { if(tos == 10) return; stck[tos] = item; tos++; public T pop() { if(tos == 0) return null; tos--; return (T)stck[tos]; public class MyStack { public static void main(String[] args) { GStack<String> stringStack = new GStack<String>(); stringStack.push("seoul"); stringStack.push("busan"); stringStack.push("LA"); for(int n=0; n<3; n++) System.out.println(stringStack.pop()); GStack<Integer> intStack = new GStack<Integer>(); intStack.push(1); intStack.push(3); intStack.push(5); System.out.println(intStack.pop()); } LA busan seoul 5 3 1

제네릭과 배열 제네릭에서 배열의 제한 제네릭 클래스 또는 인터페이스의 배열을 허용하지 않음 제네릭 타입의 배열도 허용되지 않음 앞 예제에서는 Object 타입으로 배열 생성 후 실제 사용할 때 타입 캐 스팅 타입 매개변수의 배열에 레퍼런스는 허용 GStack<Integer>[] gs = new GStack<Integer>[10]; T[] a = new T[10]; return (T)stck[tos]; // 타입 매개 변수 T타입으로 캐스팅 public void myArray(T[] a) {....}

제네릭 메소드 제네릭 메소드 선언 가능 제네릭 메소드를 호출할 때는 컴파일러가 메소드의 인자를 통해 이미 타입을 알고 있으므로 타입을 명시하지 않아도 됨 sa는 String[], gss는 GStack<String> 타입이므로 T를 String으로 유추 class GenericMethodEx { static <T> void toStack(T[] a, GStack<T> gs) { for (int i = 0; i < a.length; i++) { gs.push(a[i]); } String[] sa = new String[100]; GStack<String> gss = new GStack<String>(); GenericMethodEx.toStack(sa, gss); // 타입 매개 변수 T를 String 으로 유추함

예제 7-10 : 스택의 내용을 반대로 만드는 제네릭 메소드 만들기 예제 7-9의 GStack을 이용하여 주어진 스택의 내용을 반대로 만드는 제네릭 메소드 reverse()를 작성하라. public class GenericMethodExample { // T가 타입 매개 변수인 제네릭 메소드 public static <T> GStack<T> reverse(GStack<T> a) { GStack<T> s = new GStack<T>(); while (true) { T tmp; tmp = a.pop(); // 원래 스택에서 요소 하나를 꺼냄 if (tmp==null) // 스택이 비었음 break; else s.push(tmp); // 새 스택에 요소를 삽입 } return s; // 새 스택을 반환 public static void main(String[] args) { // Double 타입의 GStack 생성 GStack<Double> gs = new GStack<Double>(); // 5개의 요소를 스택에 push for (int i=0; i<5; i++) { gs.push(new Double(i)); } gs = reverse(gs); System.out.println(gs.pop()); 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

제네릭의 장점 컬렉션과 같은 컨테이너 클래스에 유연성을 해치지 않으며 type- awareness를 첨가 컴파일 시에 타입이 결정되어 보다 안전한 프로그래밍 가능 개발 시 다운캐스팅(타입 캐스팅) 절차 불필요 런타임 타입 충돌 문제 방지 ClassCastException 방지