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  • swap()을 이용하여 vector가 할당한 메모리 영역을 해제할 수 있다.
  • vector<bool>은 사용하지 마라.

모던 C++

개요

vector는 타입이 동일한 요소를 연속적인 메모리 공간에 관리하는 컨테이너입니다.

  1. 배열과 유사합니다.(배열과 vector 참고)
  2. 랜덤 접근을 지원합니다.
  3. 요소 삽입/삭제시 요소들을 순서대로 재배치합니다. 이에 따라 선형 시간이 필요하며, 요소 삽입/삭제는 비효율적입니다.(요소 삽입/삭제가 빈번하면 list가 유리합니다.)
  4. 요소가 추가되어 컨테이너의 용량을 늘려야 하는 경우, 재할당이 수행됩니다. 재할당 시에는 모든 요소가 새롭게 할당된 공간에 이동되어야 하므로 속도 부하가 있고, 요소의 참조나 이터레이터가 무효화됩니다. 따라서 vector는 재할당 시도를 최소화 하기 위해, 재할당시 실제 추가되는 크기가 아니라 좀 더 넉넉한 크기로 재할당합니다.

vector 멤버 함수

생성자

정의 내용  
  vector(); 요소가 없는 빈 vector를 생성합니다.
  explicit vector(size_type count); count 갯수 만큼 요소를 생성합니다.
  vector(size_type count, const Type& value); count 갯수 만큼 요소를 생성하고, value로 초기화 합니다.
  vector(const vector& other); 복사 생성합니다.
  template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last);		 first부터 last 직전까지의 요소(반개방 구조)를 복사합니다.

상기 외에 allocator를 사용하는 생성자가 있으며, 자세한 내용은 할당자(Allocator)를 참고하시기 바랍니다.

할당과 vector 관리

항목 정의 내용
= vector& operator =(const vector& other); 복사 대입 합니다.
vector의 기존 요소를 지우고 other요소들을 복사합니다.
= (C++11~) vector& operator =(const vector&& other) notexcept; 이동 대입 합니다.
assign() void assign(size_type count, const Type& value)
template<typename InputIterator>
void assign(InputIterator first, InputIterator last)		 vector의 기존 요소를 지우고 value를 count 만큼 복사합니다.
vector의 기존 요소를 지우고 first부터 last직전까지 복사합니다.
resize() void resize(size_type new_size)
void resize(size_type new_size, Type value)		 vector의 새 크기를 지정하며, value로 채웁니다. value가 없는 경우 요소의 기본 생성자를 호출합니다.
size() size_type size() const; vector의 요소 갯수를 리턴합니다.
empty() bool empty() const; vector가 비었는지 확인합니다.
capacity() size_type capacity() const; 메모리를 더 할당하지 않고 vector에 저장할 수 있는 요소 갯수를 리턴합니다.(vector는 메모리 할당이 빈번히 발생하지 않도록 실제 요소 갯수보다 큰 크기를 할당합니다.)
shrink_to_fit()   (작성중)
reserve() void reserve(size_type count); vector가 최소한 count 갯수 만큼 저장할 수 있도록 메모리 공간(capacity())을 할당합니다.
max_size() size_type max_size() const; 컨테이너가 저장할 수 있는 최대 요소 갯수를 리턴합니다.
swap() void swap(vector<Type, Allocator>& other); 두 컨테이너의 내부 데이터를 바꿔치기 합니다.
==
!= (~C++20)		 (작성중)  
<, <=, >, >= (~C++20)
<=> (C++20~)		 (작성중)  
<<, >>(C++20~) (작성중) 출력 스트림에 출력하거나, 입력 스트림에서 문자열을 추출합니다.

요소 검색

항목 정의 내용
[] reference operator [](size_type position) position위치의 요소 참조자를 리턴합니다. position이 잘못된 위치라면 아무 생각없이 실행되어 오동작 합니다.
at() reference at(size_type position);
const_reference at(size_type position) const;		 position위치의 요소 참조자를 리턴합니다. position이 잘못된 위치이면 [] 과 달리 예외를 발생시키며, 검사 코드가 추가되어 상대적으로 속도 부하가 있습니다.
begin() iterator begin();
const_iterator begin() const;		 첫번째 요소의 이터레이터를 리턴합니다.
end() iterator end();
const_iterator end() const;		 마지막 요소의 다음 위치의 이터레이터를 리턴합니다.
rbegin() reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;		 반전된 vector의 첫번째 요소의 역방향 이터레이터를 리턴합니다.
rend() reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;		 반전된 vector의 마지막 요소의 다음 위치의 역방향 이터레이터를 리턴합니다.
cbegin() (C++11~) const_iterator cbegin() const; 첫번째 요소의 이터레이터를 리턴합니다.
cend() (C++11~) const_iterator cend() const; 마지막 요소의 다음 위치의 이터레이터를 리턴합니다.
crbegin() (C++11~) const_reverse_iterator crbegin() const; 반전된 vector의 첫번째 요소의 역방향 이터레이터를 리턴합니다.
crend() (C++11~) const_reverse_iterator crend() const; 반전된 vector의 마지막 요소의 다음 위치의 역방향 이터레이터를 리턴합니다.
data() pointer data();
const_pointer data() const;		 vector가 관리하는 메모리 블록을 리턴합니다.(첫번째 요소의 포인터를 리턴합니다.)
front() reference front();
const_reference front() const;		 첫번째 요소의 참조자를 리턴합니다. vector가 비었다면 아무 생각없이 실행되어 오동작 합니다.
back() reference back();
const_reference back() const;		 마지막 요소의 참조자를 리턴합니다. vector가 비었다면 아무 생각없이 실행되어 오동작 합니다.

요소 삽입/삭제

항목 정의 내용  
clear() void clear(); 모든 요소를 지웁니다. 이때 메모리 영역은 그대로 입니다.  
erase() iterator erase(const_iterator position);
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);		 position위치의 요소를 삭제하거나 first와 last 직전까지의 요소(반개방 구조)를 삭제합니다. 이터레이터가 유효하지 않다면, 아무 생각없이 실행되어 오동작 합니다.  
erase_if() (C++20~)   (작성중)  
pop_back() void pop_back(); 마지막 요소를 삭제합니다. vector가 비었다면 아무 동작 안합니다.  
push_back() void push_back(const T& value); vector의 끝에 요소를 추가합니다.  
insert() iterator insert(const_iterator position, const Type& value);
iterator insert(const_iterator position, Type&& value);
void insert(const_iterator position, size_type count, const Type& value);
template<class InputIterator>
void insert(const_iterator position, InputIterator first, InputIterator last);		 position으로 지정한 위치 앞에 요소를 삽입합니다.  
insert_range() (C++23~)   (작성중)  
emplace(), emplace_back() (C++11~)   (작성중)  
append_range() (C++23~)   (작성중)  

배열과 vector

vector는 연속된 메모리 공간에 요소들을 순차적으로 관리하기 때문에 포인터 연산을 통해서도 요소 접근이 가능합니다.

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std::vector<int> v;

v.push_back(10); // 요소 생성
v.push_back(20);
EXPECT_TRUE(v[0] == 10);
EXPECT_TRUE(v[1] == 20);

EXPECT_TRUE(*(&v[0] + 0) == 10);
EXPECT_TRUE(*(&v[0] + 1) == 20); // 연속된 메모리여서 포인터 연산으로도 접근 가능합니다.

(C++11~) array가 추가되어 기존 C스타일의 배열처럼 연속된 메모리를 사용하는 컨테이너를 제공합니다. C스타일 배열처럼 컴파일 타임에 크기가 결정되어 스택에 할당되므로, 힙에 할당되는 vector 보다 성능이 좋습니다.

[] 과 at()

[]는 별다른 검사없이 주어진 인덱스에 접근하여, 범위 바깥이면 오동작을 하게 되지만, at()은 다음과 같이 범위 검사를 하므로 좀더 예외에 안전합니다. 하지만, 검사 코드가 추가되어 상대적으로 속도 부하가 있습니다.

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reference at(size_type position) {
    if (this->size() < position) { // 검사 코드가 추가되어 있습니다.
        throw std::out_of_range();
    }
    return (*this)[position];
}

size()와 capacity()

size()는 저장하고 있는 요소의 갯수이며, capacity()는 메모리를 더 할당하지 않고 vector에 저장할 수 있는 요소의 갯수입니다.

보통의 컨테이너는 이 둘이 서로 같은데요, vector의 경우는 저장하고 있는 요소보다 좀 더 많이 저장할 수 있도록 메모리를 할당합니다. 메모리 할당 횟수를 최소화 하기 위해서요.

즉, vector는 요소 추가시마다 매번 해당 크기만큼 메모리 확보를 하지 않고, 적당한 시점에 미리 메모리 영역을 크게 확보합니다.

다음 코드를 실행시켜 보면,

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std::vector<int> v;

for (int i = 0; i < 16; ++i) {
    v.push_back(0);
    std::cout << "size:" << v.size() << " capacity:" << v.capacity() << std::endl;
}

5개째의 요소를 추가할때 메모리는 8개를 저장할 수 있는 공간을 확보하고, 9개째의 요소를 추가할때 메모는 16개를 저장할 수 있는 공간을 확보하여, 메모리 할당을 최소화하는 걸 알 수 있습니다.

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size:1 capacity:1
size:2 capacity:2
size:3 capacity:4
size:4 capacity:4
size:5 capacity:8 // 5개의 요소이지만 8개를 저장할 수 있게 메모리를 확보합니다.
size:6 capacity:8
size:7 capacity:8
size:8 capacity:8
size:9 capacity:16 // 9개의 요소이지만, 16개를 저장할 수 있게 메모리를 확보합니다.
size:10 capacity:16
size:11 capacity:16
size:12 capacity:16
size:13 capacity:16
size:14 capacity:16
size:15 capacity:16
size:16 capacity:16

저장 공간 예약

reserve()를 통해 미리 capacity()를 설정할 수 있습니다.

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std::vector<int> v;   
v.reserve(100);
EXPECT_TRUE(v.capacity() == 100); // 100개를 저장할 수 있는 메모리 공간이 확보됨
v[0] = 0; // (X) 컴파일 오류. 아직 요소는 아직 생성된게 아니기에 접근할 수 없습니다.
v.push_back(0); // (O)

clear()와 swap()

vector는 요소 삭제를 하더라도 메모리 할당 횟수를 최소화 하기 위해 확보한 메모리 영역을 다시 조정하지 않습니다.

다음 코드에서 100개의 요소를 생성하고, clear()했지만, capacity()는 그대로 인걸 알 수 있습니다.

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std::vector<int> v(100);
size_t old = v.capacity();
v.clear();
EXPECT_TRUE(v.capacity() == old); // clear를 했지만 메모리 용량은 그대로 입니다.

하지만, 계속 내버려 두면 쓸데없이 메모리만 차지할 수 있습니다. 따라서, 필요없다고 판단되면, 다음처럼 swap()을 이용한 바꿔치기로 메모리를 깔끔하게 해제할 수 있습니다.(vector는 pImpl로 구현되어 swap()시 복사 부하가 거의 없습니다. PImpl 이디엄 참고)

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std::vector<int> v(100);
EXPECT_TRUE(v.size() == 100);
EXPECT_TRUE(v.capacity() == 100);

std::vector<int> temp; // 크기가 0인 텅빈 vector입니다.
v.swap(temp); // vector는 pImpl로 구현되어 swap시 복사 부하가 없습니다.

EXPECT_TRUE(v.size() == 0); // 크기가 0인 vector와 바꿔치기해서 요소가 없습니다.
EXPECT_TRUE(v.capacity() == 0); // 크기가 0인 vector와 바꿔치기해서 할당된 메모리가 없습니다.

vector<bool>

vector의 bool 템플릿 특수화 버전은, bool타입을 저장하는 컨테이너가 아니라, 용량 최적화를 위해 bool 8개를 1byte에 저장하여 사용하는 특수 개체입니다. []는 특정 항목에 접근하는 프록시로 구현되어 있고, &v[0]과 같은 포인터 연산이나 컨테이너를 위한 일부 알고리즘들과 호환되지 않습니다.(실제 사용하기 위해서 만들었다기 보다는 프록시를 활용한 컨테이너 구현 실험차 만들었다는 설도 있습니다.)

따라서,

  1. bool을 컨테이너로 사용하고 싶다면, deque<bool>을 사용하고,
  2. 비트 단위로 처리하고 싶다면, bitset을 사용하는게 좋습니다.
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std::vector<bool> v; // 내부적으로는 bool 타입이 아니라 비트 필드를 사용합니다.
v.push_back(true);
v.push_back(false);

EXPECT_TRUE(v[0] == true && v[1] == false);
EXPECT_TRUE(*(&v[0]) == true); // (X) 컴파일 오류. &v[0]와 같은 포인터 연산과 호환되지 않습니다.

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