Chapter 2:: Array, Structure, and Pointer

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1 Chapter 2:: Array, Structure, and Pointer
SANGJI University Kwangman Ko

2 배열(array) 이란 ? 같은 형의 변수를 여러 개 만드는 경우에 사용
int A0, A1, A2, A3, …,A9; int A[10]; 반복 코드 등에서 배열을 사용하면 효율적인 프로그래밍이 가능 예) 최대값을 구하는 프로그램: 만약 배열이 없었다면? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tmp=score[0]; for(i=1;i<n;i++){ if( score[i] > tmp ) tmp = score[i]; }

3 배열(array) 동일 자료형(same type)의 자료들이 순서(linear) 있게 구성된 집합 연속된 기억 공간 차지
유한한 개수의 자료가 저장됨 직접접근 (direct access) 기준위치에 대한 상대적 위치를 나타내는 인덱스(index)를 사용하여 가능

4 … int A[10]; 인덱스(첨자) 배열이름 : 기억장소의 시작위치(주소) 배열을 구성하는 원소의 개수(size) : 10
인덱스 : 0, 1, … , 9 배열을 구성하는 각 원소의 자료형 : int 배열이 차지는 연속된 기억공간의 크기 4 byte * 10 = 40 byte … A[0] A[1] A[9] 시작주소(base) 배열이름 : 기억장소의 시작위치(주소) 인덱스(첨자)

5 배열의 선언과 생성 … 배열의 선언(declaration)과 생성 배열 예( in C) 자료형 배열 이름 배열의 크기
자료형 배열이름[ 배열크기 ] ; int A[10] ; … A[0] A[1] A[9] 시작주소(base) : A

6 Java에서 배열의 선언과 생성 선언(declaration) int dsInt [] ; 1) int dsint []
생성될 배열 시작 위치 저장(배열 이름) int dsInt [] ; 생성(creation) 힙 메모리에서 배열 크기만큼의 기억 공간을 할당한 후 시작 주소를 배정 dsInt = new int[3] ; 1) int dsint [] 2) dsInt = new int[3] dsInt[0] dsInt[1] dsInt[2] 3) 생성된 배열의 시작주소 전달

7 Q) Java 언어를 사용하여 동일하게 선언과 생성하면 ?
배열의 생성과 초기화 int array[3]; int array[3] = { 1, 2, 3 } ; int array[] = { 1, 2, 3 } ; 배열의 크기가 초기값의 수에 따라 결정 위 배열의 크기 ? Q) Java 언어를 사용하여 동일하게 선언과 생성하면 ?

8 배열의 종류 1차원 배열 가장 간단한 형태로서 길이가 n으로 초기화된 배열 0에서 n-1까지의 전체 n개의 자료 저장 가능
일차원 배열의 선언과 생성 int array[10] ; // in C/C++ int array = new int[10] ; // in Java 순차 매핑 (sequential mapping) 배열의 논리적 순서와 메모리의 물리적 순서를 같게 표현 순차 표현 (sequential representation) 순차 매핑을 이용하여 자료 표현

9 예) int A[6] ; int dsInt = new int[10]; A[0] A[1] A[2] A[3] A[4] A[5]
base base+sizeof(int) base+5*sizeof(int)

10 배열 ADT 배열: <인덱스, 요소> 쌍의 집합 인덱스가 주어지면 해당되는 요소가 대응되는 구조 배열 ADT
객체: <인덱스, 요소> 쌍의 집합 연산:   ▪ create(n) ::= n개의 요소를 가진 배열의 생성.  ▪ retrieve(A, i) ::= 배열 A의 i번째 요소 반환.  ▪ store(A, i, item) ::= 배열 A의 i번째 위치에 item 저장.

11 2차원 배열 int A[3][4]; 실제 메모리안에서의 위치 A[2][0] A[2][1] A[2][2] A[1][0]
… A[1][3] 실제 메모리안에서의 위치

12 다차원 배열(Multi dimensional array)
여러 개의 일차원 배열들의 중첩된 구조 다차원 배열을 실제 일차원 메모리에 표현하는 방법 ? 행우선 방법, 열우선 방법

13 다차원 배열 => 일차원 배열 매핑 행 우선 순서 방법(row major order)
이차원 배열을 “행” 별로 분할 분할된 행들을 차례로 연결 하나의 가상적인 일차원 배열로 매핑 열 우선 순서 방법(column major order) 이차원 배열을 “열” 별로 분할 분할된 열들을 차례로 연결 하나의 가상적인 일차원 배열로 만들어 매핑

14 열/행 우선 방법(row/column-major order) in C
int array [2][3] = { {1,2,3}, {4,5,6} }; 1 2 3 4 5 6 열(row) 우선 방식 (1, 2, 3, 4, 5, 6) 행(column) 우선 방식 (1, 4, 2, 5, 3, 6)

15 열/행 우선 방법(row/column-major order) in Java
int array ; // 선언 array = new int[2][3] ; // 생성 array = new int[2][3] = { {1,2},{3,4},{5,6} } ; //초기화 기억공간 표현 ?

16 배열 원소의 접근 인덱스를 통한 직접 접근 &array[i] = &array[0] + ( i * sizeof( type) )
배열은 메모리상에 연속된 기억공간 차지 인덱스의 계산을 통해 해당 객체에 직접 접근 크기 n의 배열, 인덱스 범위 0 … n-1 배열 이름은 메모리상에서 배열의 시작 위치. &array[i] = &array[0] + ( i * sizeof( type) ) &array[0] = &array[0] + ( 0 * sizeof( int ) ) = 1000 &array[1] = &array[0] + ( 1 * sizeof( int ) ) = 1004 &array[2] = &array[0] + ( 2 * sizeof( int ) ) = 1008 &array[3] = &array[0] + ( 3 * sizeof( int ) ) = 1012 참고, &array[0] = 1000, sizeof(int) = 4

17 int array[4] = {10, 20, 30, 40}; //in C 메모리 주소 array = &array[0]
= 1000 1000 1004 1008 1012 메모리 주소 array[0] array[1] array[2] array[3]

18 int array = new int[4]; 1) int array[] 2) array = new int[4]
3) 생성된 배열의 시작주소 전달 array[0] array[1] array[2] array[3] 4) 초기화

19 배열의 초기화 일차원 배열 초기화(in Java) 일차원 배열 초기화(in C) ???
배열을 선언하고 생성한 다음에 초기화를 하는 방법 int [ ] dsInt; // 배열 선언 dsInt = new int [10]; // 배열 생성 dsInt [0] = 12; // 배열의 초기화 dsInt [1] = 53; … 배열을 동시에 선언하고 생성한 후에 초기화를 하는 방법 int dsInt [ ] = new int [10]; // 배열 선언 및 생성 dsInt [1] = 53; 일차원 배열 초기화(in C) ???

20 기억 장소 할당 방법 프로그램이 메모리를 할당받는 방법 정적 메모리 할당(static memory allocation)
정적(static) 메모리 할당 => 스택(stack) 동적(dynamic) 메모리 할당 => 힙(heap) 정적 메모리 할당(static memory allocation) 메모리의 크기는 프로그램이 시작하기 전에 결정 컴파일 시간에 기억 장소의 크기 결정, 실행시 불변. 프로그램의 수행 도중에 그 크기가 변경될 수는 없음. 처음에 결정된 크기보다 더 큰 입력이 들어온다면 처리하지 못할 것이고 더 작은 입력이 들어온다면 남은 메모리 공간은 낭비. 예, 변수나 배열의 선언 int buffer[100]; char name[] = “data structure";

21 동적 메모리 할당(dynamic memory allocation)
프로그램의 실행 도중에 메모리를 할당받는 것 필요한 만큼만 할당을 받고 또 필요한 때에 사용하고 반납 메모리를 매우 효율적(=탄력적)으로 사용가능 main() { int *pi; pi = (int *) malloc( sizeof(int) ); // 동적 메모리 할당 ... … // 동적 메모리 사용 free(pi); // 동적 메모리 반납 }

22 동적 메모리 할당 관련 라이브러리 함수( in C )
malloc(size) // 메모리 할당 free(ptr) // 메모리 할당 해제 sizeof(var) // 변수나 타입의 크기 반환(바이트 단위) 동적 메모리 할당 방법( in C++ ) ? 동적 메모리 할당 방법( in Java ) ?

23 배열 연산 검색(search) 삽입(insert) 삭제(delete)

24 배열 응용 : 순차 배열 순차 배열 배열 내에 저장된 값들이 어떤 일정한 규칙에 의해 정렬 오름차순, 내림차순, …
빠른 검색 제공 첨가 시에 매우 많은 시간 필요 배열에 저장되어 있는 값들을 서로 비교 정해진 자리에 값을 삽입 자리 이동

25 배열의 응용: 다항식 다항식의 일반적인 형태 프로그램에서 다항식을 처리하려면 다항식을 위한 자료구조가 필요
어떤 자료구조를 사용해야 다항식의 덧셈, 뺄셈,곱셈, 나눗셈 연산을 할때 편리하고 효율적일까? 배열을 사용한 2가지 방법 다항식의 모든 항을 배열에 저장 다항식의 0이 아닌 항만을 배열에 저장

26 다항식 표현 방법 #1 모든 차수에 대한 계수값을 배열로 저장 하나의 다항식을 하나의 배열로 표현 10 6 3
coef 10 6 3 1 2 4 5 7 8 9 typedef struct { int degree; float coef[MAX_DEGREE]; } polynomial; polynomial a = { 5, {10, 0, 0, 0, 6, 3} };

27 다항식 표현 방법 #1(계속) 장점: 다항식의 각종 연산이 간단해짐 단점: 대부분의 항의 계수가 0이면 공간의 낭비가 심함.
예) 다항식의 덧셈 연산 while( Apos<=A.degree && Bpos<=B.degree ){ if( degree_a > degree_b ){ // A항 > B항 C.coef[Cpos++]= A.coef[Apos++]; degree_a--; } else if( degree_a == degree_b ){ // A항 == B항 C.coef[Cpos++]=A.coef[Apos++]+B.coef[Bpos++]; degree_a--; degree_b--; else { // B항 > A항 C.coef[Cpos++]= B.coef[Bpos++]; degree_b--;

28 다항식 표현 방법 #2 다항식에서 0이 아닌 항만을 배열에 저장 (계수, 차수) 형식으로 배열에 저장
(예) 10x5+6x+3 -> ((10,5), (6,1), (3,0)) 하나의 배열로 여러 개의 다항식을 나타낼 수 있음. struct { float coef; int expon; } terms[MAX_TERMS]={ {10,5}, {6,1}, {3,0} }; 3 8 1 7 10 2 4 5 6 9 A B avail coef expon terms

29 다항식 표현 방법 #2(계속) 장점: 메모리 공간의 효율적인 이용 단점: 다항식의 연산들이 복잡해진다(프로그램 3.3 참조).
(예) 다항식의 덧셈 A=8x3+7x+1, B=10x3+3x2+1, C=A+B A B avail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 7 1 10 3 1 coef 3 1 3 2 expon A B C avail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 7 1 10 3 1 18 3 7 2 coef 3 1 3 2 3 2 1 expon

30 다항식 표현 방법 #2(계속) // C = A + B void poly_add2(int As, int Ae, int Bs, int Be, int *Cs, int *Ce) { float tempcoef; *Cs = avail; while( As <= Ae && Bs <= Be ) switch(compare(terms[As].expon,terms[Bs].expon)){ case '>': // A의 차수 > B의 차수 attach(terms[As].coef, terms[As].expon); As++; break; case '=': // A의 차수 == B의 차수 tempcoef = terms[As].coef + terms[Bs].coef; if( tempcoef ) attach(tempcoef,terms[As].expon); As++; Bs++; break; case '<': // A의 차수 < B의 차수 attach(terms[Bs].coef, terms[Bs].expon); Bs++; break; }

31 // C = A + B … // A의 나머지 항들을 이동함 for(;As<=Ae;As++) attach(terms[As].coef, terms[As].expon); // B의 나머지 항들을 이동함 for(;Bs<=Be;Bs++) attach(terms[Bs].coef, terms[Bs].expon); *Ce = avail -1; }

32 희소 행렬 배열을 이용하여 행렬(matrix)를 표현하는 2가지 방법 희소행렬: 대부분의 항들이 0인 배열
(1) 2차원 배열을 이용하여 배열의 전체 요소를 저장하는 방법 (2) 0이 아닌 요소들만 저장하는 방법 희소행렬: 대부분의 항들이 0인 배열

33 희소행렬 표현방법 #1 2차원 배열을 이용하여 배열의 전체 요소를 저장하는 방법
장점: 행렬의 연산들을 간단하게 구현할 수 있다. 단점: 대부분의 항들이 0인 희소 행렬의 경우 많은 메모리 공간 낭비 2 1 5 4 6 3 9 8 7 7 8 9 5 1 2 3 A= B=

34 희소행렬 표현방법 #2 0이 아닌 요소들만 저장하는 방법 장점: 희소 행렬의 경우, 메모리 공간의 절약
단점: 각종 행렬 연산들의 구현이 복잡해진다. 2 5 6 7 1 4 9 3 8 행 열 값 A= B=

35 동일자료형 vs. 이질자료형 구조체 필드 배열 1

36 구조체 구조체(structure): 타입이 다른 데이터를 하나로 묶는 방법
배열(array): 타입이 같은 데이터들을 하나로 묶는 방법 구조체 배열 필드 1 char carray[100]; struct example { char cfield; int ifield; float ffield; double dfield; }; struct example s1;

37 구조체의 사용 예 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성 typedef을 이용한 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성
struct person { char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 }; struct person a; // 구조체 변수 선언 typedef을 이용한 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성 typedef struct person { char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 } person; person a; // 구조체 변수 선언

38 구조체의 대입과 비교 연산 구조체 변수의 대입: 가능 구조체 변수끼리의 비교: 불가능 struct person {
char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 }; main( ) { person a, b; b = a; // 가능 } 구조체 변수끼리의 비교: 불가능 main( ) { if( a > b ) printf("a가 b보다 나이가 많음"); // 불가능 }

39 자체참조 구조체 자체 참조 구조체(self-referential structure): 연결 리스트나 트리에 많이 등장
필드중에 자기 자신을 가리키는 포인터가 한 개 이상 존재하는 구조체 연결 리스트나 트리에 많이 등장 typedef struct ListNode { char data[10]; struct ListNode *link; } ListNode;

40 포인터(pointer) 포인터: 다른 변수의 주소를 가지고 있는 변수 char a='A'; char *p; p = &a;
26 ‘A’ 변수 a 주소 포인터 p 포인터: 다른 변수의 주소를 가지고 있는 변수 char a='A'; char *p; p = &a; 포인터가 가리키는 내용의 변경: * 연산자 사용 26 ‘B’ 변수 a 주소 포인터 p *p= 'B';

41 포인터와 관련된 연산자 & 연산자: * 연산자: 변수의 주소를 추출 포인터가 가리키는 곳의 내용을 추출 p // 포인터
26 ‘A’ 변수 a 주소 포인터 p &a *p p // 포인터 *p // 포인터가 가리키는 값 *p++ // 포인터가 가리키는 값을 가져온 다음, 포인터를 한칸 증가. *p-- // 포인터가 가리키는 값을 가져온 다음, 포인터를 한칸 감소. (*p)++ // 포인터가 가리키는 값을 증가.

42 int a; // 정수 변수 선언 int *p; // 정수 포인터 선언 int **pp; // 정수 포인터의 포인터 선언 p = &a; // 변수 a와 포인터 p를 연결 pp = &p; // 포인터 p와 포인터의 포인터 pp를 연결

43 디양한 포인터 포인터의 종류 void *p; // p는 아무것도 가리키지 않는 포인터
int *pi; // pi는 정수 변수를 가리키는 포인터 float *pf; // pf는 실수 변수를 가리키는 포인터 char *pc; // pc는 문자 변수를 가리키는 포인터 int **pp; // pp는 포인터를 가리키는 포인터 struct test *ps; // ps는 test 타입의 구조체를 가리키는 포인터 void (*f)(int) ; // f는 함수를 가리키는 포인터 포인터의 형변환: 필요할 때마다 형변환하는 것이 가능하다. void *p; pi=(int *) p;

44 배열과 포인터 배열의 이름: 사실상의 포인터와 같은 역할 컴파일러가 배열의 이름을 배열의 첫번째 주소로 대치 10 A[0] A
14 A[1] 18 A[2] 22 A[3] 26 A[4] 30 A[5] 컴파일러가 배열의 이름을 배열의 첫번째 주소로 대치

45 구조체의 포인터 구조체의 요소에 접근하는 연산자: -> main( ) { struct { int i; float f;
3.14 98 2 ps s s.I = ps->i s.f = ps->f main( ) { struct { int i; float f; } s, *ps; ps = &s; ps->i = 2; ps->f = 3.14; }

46 포인터의 포인터 int a; // 정수 변수 변수 선언 int *p; // 정수 포인터 선언
56 26 ‘A’ 변수 a 포인터 p 89 포인터의 포인터 pp int a; // 정수 변수 변수 선언 int *p; // 정수 포인터 선언 int **pp; // 정수 포인터의 포인터 선언 p = &a; // 변수 a와 포인터 p를 연결 pp = &p; // 포인터 p와 포인터의 포인터 pp를 연결

47 포인터 연산 포인터에 대한 사칙연산: 포인터가 가리키는 객체단위로 계산된다. p // 포인터
p+1 // 포인터 p가 가리키는 객체의 바로 뒤 객체 p-1 // 포인터 p가 가리키는 객체의 바로 앞 객체 10 A[0] p 14 A[1] 18 A[2] 22 A[3] 26 A[4] 30 A[5] p+1 p-1

48 포인터 사용시 주의할 점 포인터가 아무것도 가리키고 있지 않을 때는 NULL로 설정 초기화가 안된 상태에서 사용 금지
int *pi=NULL; 초기화가 안된 상태에서 사용 금지 main() { char *pc; // 포인터 pi는 초기화가 안되어 있음 *pc = 'E’; // 위험한 코드 } 포인터 타입간의 변환시에는 명시적인 타입 변환 사용 int *pi; float *pf; pf = (float *)pi;

49 동적 메모리 할당 프로그램이 메모리를 할당받는 방법 정적 메모리 할당 동적 메모리 할당 정적 메모리(static memory)
동적 메모리(dynamic memory) 정적 메모리 할당 메모리의 크기는 프로그램이 시작하기 전에 결정 프로그램의 수행 도중에 그 크기가 변경될 수는 없다. 만약 처음에 결정된 크기보다 더 큰 입력이 들어온다면 처리하지 못할 것이고 더 작은 입력이 들어온다면 남은 메모리 공간은 낭비될 것이다. (예) 변수나 배열의 선언 int buffer[100]; char name[] = “data structure"; 동적 메모리 할당 프로그램의 실행 도중에 메모리를 할당받는 것 필요한 만큼만 할당을 받고 또 필요한 때에 사용하고 반납 메모리를 매우 효율적으로 사용가능

50 동적 메모리 할당 전형적인 동적 메모리 할당 코드 main( ) { int *pi;
pi = (int *)malloc(sizeof(int)); // 동적 메모리 할당 ... … // 동적 메모리 사용 free(pi); // 동적 메모리 반납 } 동적 메모리 할당 관련 라이브러리 함수 malloc(size) // 메모리 할당 free(ptr) // 메모리 할당 해제 sizeof(var) // 변수나 타입의 크기 반환(바이트 단위)

51 동적 메모리 할당 라이브러리 malloc(int size) size 바이트 만큼의 메모리 블록을 할당
(char *)malloc(100) ; /* 100 바이트로 50개의 정수를 저장 */ (int *)malloc(sizeof(int));/* 정수 1개를 저장할 메모리 확보*/ (struct Book *)malloc(sizeof(struct Book))/* 하나의 구조체 생성 */ free(void ptr) ptr이 가리키는 할당된 메모리 블록을 해제 sizeof 키워드 변수나 타입의 크기 반환(바이트 단위) size_t i = sizeof( int ); // 4 struct AlignDepends { char c; int i; }; size_t size = sizeof(struct AlignDepends); // 8 int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; size_t sizearr = sizeof( array ) / sizeof( array[0] ); // 20/4=5

52 동적 메모리 할당 예제 struct Example { int number; char name[10]; };
void main() { struct Example *p; p=(struct Example *)malloc(2*sizeof(struct Example)); if(p==NULL){ fprintf(stderr, "can't allocate memory\n") ; exit(1) ; } p->number=1; strcpy(p->name,"Park"); (p+1)->number=2; strcpy((p+1)->name,"Kim"); free(p);