[C++] STL 컨테이너 클래스 정리 & 종류

💚ref.

1. cplusplus Reference
2. Microsoft Learn C++ STL Container
3. geeksforgeeks The C++ Standard Template Library

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1. 컨테이너 클래스란?

데이터나 객체를 저장해주는 클래스 템플릿이다. C++ 코드를 효율적으로 작성하기 위한 자료구조 클래스라고 생각하자. 컨테이너 변수를 선언할 때는 어떤 타입의 컨테이너를 선언할지 미리 명시한다.

배열, 스택, 큐 집합 등 여러 자료구조가 컨테이너 클래스에 정의되어 있다. STL 특징에 맞게 템플릿으로 작성되어 모든 타입에 컨테이너를 적용할 수 있다! 백준 문제를 풀 때 자료형을 상관하지 않고 부담없이 컨테이너 클래스인 vector 클래스를 사용했다.

👀알아두기) 이터레이터 (Iterator)
컨테이너 클래스로 생성한 원소들을 참조하기 위해 이터레이터를 사용한다.
이터레이터는 클래스로 구현된 포인터와 유사한 객체로, 컨테이너 클래스의 원소들을 동일한 접근 방식으로 참조할 수 있다.
사용자가 어떤 알고리즘을 사용하느냐에 따라 다른 방식으로 컨테이너에 접근하기 때문에 이터레이터에도 다양한 종류가 있다!
어렵게 생각하지 말기. vector클래스의 멤버 함수 begin, end, 비교연산자 등이 모두 이터레이터에 해당한다.

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2. 컨테이너 클래스의 종류

블로그에서 관련 컨테이너를 따로 작성한 문서가 있으면 클래스명에 포스팅 링크 걸어두겠습니다!🤓

컨테이너 클래스를 사용하려면 해당 클래스의 헤더와 std 네임스페이스 선언이 필요하다.

2.1. 시퀀스 컨테이너

시퀀스 컨테이너(sequence container). 데이터를 선형으로 저장한다. 원소들끼리 순서가 정해져있는 일반적인 자료구조에 해당한다. 특정한 위치의 원소에 접근해 값을 삽입하거나 삭제할 수 있다.

🎞️클래스 종류

• vector(<vector>): 가변 배열. 임의 위치 접근, 배열 말단 삽입/삭제 가능
• deque(<deque>): Double-ended queue. 상단과 말단 모두 삽입/삭제 가능
• list(<list>): Doubly-linked list. 임의 위치 삽입/삭제
• forward_list(<forward_list>): Singly-linked list. 임의 위치 삽입/삭제
  • list에서 성능이 향상된 버전의 리스트. 단, 성능 향상을 위해 양방향 이동 불가능
• array(<array>): 고정 배열

원하는 위치의 원소 삽입과 삭제가 잦은 알고리즘에서는 vector보다 list 사용을 권장한다. vector 클래스는 배열 기반이므로 임의의 위치에 원소를 삽입하고 삭제하는 과정이 list보다 비효율적이다(배열 말단 부분의 삽입/삭제만 빠르다). 자료구조의 형태를 떠올리면 쉽게 예측할 수 있다.

배열의 최상단과 말단에서만 삽입/삭제가 빈번하면 deque가 바람직하다!

(간단히 그려본 vector와 list의 구조)

vector의 중간에 요소를 삽입하거나 삭제하면 시퀀스를 유지하기 위해 메모리를 재할당한다. 특정 위치에 원소를 삽입/제거하는 작업은 list가 효율적이다(원소 전체에 대한 메모리 할당이 필요하지 않음).

반대로 list는 인덱스로 원소에 접근할 수 없고 원소 순회가 느리다. 원소를 자주 순회해야 하는 경우엔 배열 형식의 자료구조를 활용하자.

2.2. 컨테이너 어댑터

컨테이너 어댑터(container adapter). 시퀀스 컨테이너를 기반으로 만들어진 컨테이너 클래스이다. 기존 컨테이너의 인터페이스를 제한해 특정 기능에 중점을 두거나 임의의 기능으로 변환되어 동작한다. 예를 들어, 컨테이너 어댑터인 stack의 push는 내부적으로 deque 객체에서 push_back 멤버 함수를 호출한다.

🎞️클래스 종류

• stack(<stack>): LIFO 스택
• queue(<queue>): FIFO 큐
  • priority_queue(<queue>): 우선순위 큐

2.3. 연관 컨테이너

연관 컨테이너(associate container). 원소의 키와 값을 한 쌍으로 저장한 컨테이너이다. 원하는 값/키에 대한 요소에 빠르게 접근할 수 있다. 특정 원소를 찾아야 하는 알고리즘을 생각할 때 연관 컨테이너를 가장 먼저 고려하자. 단, 원소가 삽입되는 위치를 정할 수 없다.

시퀀스 컨테이너와 장단점이 명확하게 갈린다!

🎞️클래스 종류

• set(<set>): 집합
  • multiset(<set>): 중복 허용 집합
• map(<map>): 키-값 연결
  • multimap(<map>): 키-중복키 연결

set은 키와 값이 동일해 한 객체에 반드시 한 개의 키만 존재한다. map 역시 하나의 키와 하나의 값이 연결된다.

중복 데이터를 포함한 객체를 한 개의 키에 연결하고 싶을 경우 multiset을, 한 개의 키와 여러 개의 데이터를 연결하고 싶을 경우 multimap을 사용한다. multiset과 multimap은 모두 기존 클래스의 헤더 파일에 함께 정의되어 있다.

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👀알아두기) pair
<utility> 헤더 파일 안에 pair 구조체가 들어 있다. pair는 두 개의 원소를 단일 객체로 저장하는 템플릿 클래스이며 주로 컨테이너 클래스의 요소가 된다. 백준 문제를 풀 때 자주 활용하니 사용법에 꼭 익숙해지자.