항해99 플러스 백엔드 코스 6기 언어 사전 스터디 2주차 - 컬렉션

소개

이번 2주차 스터디에서는 Java의 컬렉션에 대해 학습했다.

1. 컬렉션 프레임워크 (Collection Framework)

컬렉션 프레임워크란?

여러 객체를 효율적으로 관리하기 위한 자료구조와 알고리즘을 제공하는 프레임워크
Java에서 제공하는 java.util 패키지의 인터페이스와 클래스로 구현

주요 인터페이스

Collection 인터페이스
- 객체의 집합을 나타내는 최상위 인터페이스
- List, Set, Queue 인터페이스의 상위 인터페이스
- List: 순서가 있는 데이터의 집합을 나타내는 인터페이스
- Set: 순서가 없고 중복을 허용하지 않는 데이터의 집합을 나타내는 인터페이스
- Queue: 데이터를 임시로 저장해두는 큐 자료구조를 나타내는 인터페이스 (FIFO 방식)
Map 인터페이스
- 키와 값의 쌍으로 이루어진 데이터의 집합을 나타내는 인터페이스
- Collection 인터페이스를 직접 구현하지 않지만, 컬렉션 프레임워크의 일부

컬렉션과 Map의 관계

Map은 Collection 인터페이스를 직접 구현하지 않지만, 컬렉션 프레임워크의 중요한 부분
Map의 values() 메소드는 Collection을 반환하고, entrySet()과 keySet() 메소드는 Set을 반환하여 간접적으로 컬렉션과 연결됨

List 인터페이스

순서가 있는 데이터의 집합
중복을 허용
인덱스로 데이터에 접근 가능

ArrayList 클래스

가변 크기의 배열 구현
배열의 크기가 부족할 경우 자동으로 크기를 늘림
배열의 중간에 요소를 추가하거나 삭제할 경우 다른 요소들을 이동해야 함
데이터 조회가 빈번한 경우 유리

LinkedList 클래스

노드로 연결된 리스트 구현
요소를 추가하거나 삭제할 때 다음 요소의 주소를 변경하면 되므로 ArrayList보다 빠름
요소의 추가, 삭제가 빈번할 경우 유용
인덱스로 요소에 접근할 때는 처음부터 찾아야 하므로 느림

Stack 클래스

LIFO(Last In First Out) 방식의 스택 자료구조 구현
push(), pop(), peek() 등의 메서드 제공

Queue 인터페이스

FIFO(First In First Out) 방식의 큐 자료구조
LinkedList 클래스로 구현
offer(), poll(), peek() 등의 메서드 제공

Set 인터페이스

순서가 없고 중복을 허용하지 않는 데이터의 집합
HashSet, TreeSet, LinkedHashSet 클래스로 구현

HashSet

해시 테이블을 사용한 집합 구현
가장 빠르며 순서를 전혀 예측할 수 없음
중복 제거에 효과적

TreeSet

이진 검색 트리를 사용한 집합 구현
정렬된 순서대로 보관하며 정렬 방법을 지정할 수 있음
정렬이 필요한 경우 유용

LinkedHashSet

해시 테이블과 연결 리스트를 사용한 집합 구현
추가된 순서, 또는 가장 최근에 접근한 순서대로 접근 가능
예측 가능한 반복 순서가 필요할 때 유용

Map 인터페이스

키와 값의 쌍으로 이루어진 데이터의 집합
키는 중복을 허용하지 않으며 값은 중복을 허용
HashMap, TreeMap, LinkedHashMap 클래스로 구현

HashMap

중복을 허용하지 않고 순서를 보장하지 않음
키와 값으로 null이 허용
가장 많이 사용되는 Map 구현체

TreeMap

키 값을 기준으로 정렬을 할 수 있음
저장 시 정렬(기본적으로 오름차순)을 하기 때문에 저장 시간이 다소 오래 걸림
정렬된 상태로 Map을 유지해야 할 때 유용

LinkedHashMap

HashMap과 LinkedList의 특성을 결합
입력 순서나 최근 사용 순서대로 순회 가능

TIP

length vs length() vs size() - 길이값 가져오기

length
arrays(int[], double[], String[])
length는 배열의 길이를 조회한다.
length()
String related Object(String, StringBuilder etc)
length()는 문자열의 길이를 조회한다. (ex. "ABCD".length() == 4)
size()
Collection Object(ArrayList, Set etc)
size()는 컬렉션 타입목록의 길이를 조회한다.

2주차 숙제 - 자료구조 요리 레시피 메모장 만들기

프로그램 요구사항

입력값을 저장할 자료구조 선택하기 (List / Set / Map)
요리 제목 입력받기
요리 레시피를 한 문장씩 입력받기 (종료 조건: "끝" 입력)
입력받은 정보를 형식에 맞게 출력하기

주요 구현 포인트

Scanner 클래스를 사용하여 사용자 입력 받기
선택한 자료구조(List, Set, Map)를 사용하여 레시피 저장하기
문자열 연산을 통해 출력 형식 맞추기 (자료구조명과 요리 제목 괄호로 감싸기)
레시피 각 문장에 번호 붙여 출력하기

구현 코드

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Scanner;

public class RecipeNotepad {

  public static void main(String[] args) {
    Scanner sc = new Scanner(System.in);

    // 저장할 자료구조명 입력 (List / Set / Map)
    String dataStructure = sc.nextLine();

    // 요리 제목 입력
    String recipeTitle = sc.nextLine();

    // 자료 구조 선언
    var recipes = createDataStructure(dataStructure);

    // 레시피 입력
    while (true) {
      String recipe = sc.nextLine();
      if (recipe.equals("끝")) {
        break;
      }
      addRecipe(recipes, recipe);
    }

    // 레시피 출력
    String recipeContent = getRecipeContent(recipes);

    System.out.printf("[ %s 으로 저장된 %s ] \n", dataStructure, recipeTitle);
    System.out.println(recipeContent);
  }

  private static Object createDataStructure(String dataStructure) {
    switch (dataStructure.toUpperCase()) {
      case "LIST":
        return new ArrayList<String>();
      case "SET":
        return new LinkedHashSet<String>();
      case "MAP":
        return new LinkedHashMap<String, String>();
      default:
        throw new IllegalArgumentException("지원하지 않는 자료구조입니다.");
    }
  }

  private static void addRecipe(Object recipes, String recipe) {
    if (recipes instanceof ArrayList) {
      ((ArrayList<String>) recipes).add(recipe);
    } else if (recipes instanceof LinkedHashSet) {
      ((LinkedHashSet<String>) recipes).add(recipe);
    } else if (recipes instanceof LinkedHashMap) {
      ((LinkedHashMap<Integer, String>) recipes).put(
          ((LinkedHashMap<String, String>) recipes).size(), recipe);
    }
  }

  private static String getRecipeContent(Object recipes) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    int i = 1;
    Collection<String> recipeCollection;

    if (recipes instanceof ArrayList) {
      recipeCollection = (ArrayList<String>) recipes;
    } else if (recipes instanceof LinkedHashSet) {
      recipeCollection = (LinkedHashSet<String>) recipes;
    } else if (recipes instanceof LinkedHashMap) {
      recipeCollection = ((LinkedHashMap<String, String>) recipes).values();
    } else {
      throw new IllegalArgumentException("지원하지 않는 자료구조입니다.");
    }

    for (String recipe : recipeCollection) {
      sb.append(i++).append(". ").append(recipe).append("\n");
    }

    return sb.toString();
  }
}

NOTE

이 예제의 코드는 Object 타입을 사용하여 다형성을 활용하였다.
다형성을 사용하면 코드의 유연성을 높일 수 있으나, 타입 캐스팅이 필요하므로 주의해야 한다.
인터페이스를 사용한 다향성으로 리펙토링할 수도 있을 것 같다.

결론

2주차에선 Java의 연산자, 조건문, 반복문, 배열, 컬렉션에 대해 학습했다.
해당 주차에서 컬렉션에 대해 학습하며, 배열과 컬렉션의 차이점을 이해할 수 있었다.
컬렉션은 배열과 달리 크기가 가변적이며, 여러 객체를 모아놓은 것이라는 점을 알 수 있었다.
컬렉션은 java.util 패키지의 인터페이스와 클래스로 구현되며, List, Set, Map, Queue 인터페이스가 있다.
각 인터페이스는 다양한 클래스로 구현되며, 각 클래스는 특징과 사용 용도가 다르다.
컬렉션을 사용하면 데이터를 효율적으로 관리할 수 있으며, 다양한 자료구조를 활용할 수 있다.
본문에 다룬 컬렉션 클랙스 외에도 다양한 컬렉션 클래스가 존재하므로 추후 학습이 필요할 것 같다.