실행 가능한 C++ 문서: vector

Q: C++에서 vector란 무엇인가요?

std::vector는 C++ 표준 라이브러리에서 제공하는 동적(크기 조정 가능) 배열입니다. 원시 배열과 달리 자신의 크기를 알고 있고, push_back으로 요소를 추가하면 자동으로 커지며, 메모리도 알아서 해제해 줍니다. 를 포함하고 vector v;라고 작성하면 하나 만들 수 있습니다.

Q: C++ vector에서 []와 at()의 차이는 무엇인가요?

v[i]는 경계 검사를 하지 않습니다 - 범위를 벗어난 인덱스는 정의되지 않은 동작(크래시 또는 조용한 메모리 손상)입니다. v.at(i)는 인덱스를 검사하고 유효하지 않으면 std::outofrange를 던집니다. 이미 인덱스를 검증한 핫 루프에서는 []를, 안전하고 디버깅하기 좋은 실패가 필요할 때는 at()을 사용하세요.

Q: push_back은 C++ vector 안을 가리키는 포인터와 참조를 무효화하나요?

네, 그럴 수 있습니다. vector의 용량이 다 차면 pushback은 저장소를 새 블록으로 재할당하는데, 이때 기존 요소를 가리키던 모든 포인터, 참조, 반복자가 무효화됩니다. pushback을 사이에 두고 요소에 대한 참조를 들고 있지 마세요. 그리고 가능하다면 미리 reserve()를 호출해 예상치 못한 재할당을 피하세요.

원시 배열 대신 vector를 쓰는 이유

원시 배열은 컴파일 타임에 고정된 크기를 가지며, 함수에 전달되는 순간 자신의 길이를 잊어버립니다. std::vector는 두 문제를 모두 해결합니다. 자신의 길이를 추적하고, 필요할 때 커지며, 자신의 메모리를 스스로 정리하는 크기 조정 가능한 배열입니다. 모던 C++에서 vector는 기본 컨테이너입니다. 굳이 그러지 말아야 할 구체적인 이유가 있을 때만 원시 배열에 손을 뻗으세요.

<vector>를 포함한 다음, 요소 타입을 꺾쇠괄호 안에 넣어 선언합니다:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> scores = {90, 75, 100, 60};

    cout << "Count: " << scores.size() << "\n";
    cout << "First: " << scores[0] << "\n";
}

scores.size()는 항상 현재 길이를 알려 줍니다. 따로 동기화해야 할 int n도 필요 없고 sizeof 트릭도 필요 없습니다. {90, 75, 100, 60}은 중괄호 초기화자이며, vector는 네 개의 자리가 필요하다는 것을 스스로 알아냅니다.

vector 생성과 초기화

미리 무엇을 알고 있느냐에 따라, 만드는 방법은 여러 가지입니다:

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> empty;                 // 0개 요소
    vector<int> filled = {1, 2, 3};    // 리스트로부터 3개 요소
    vector<int> tens(5, 10);           // 5개 요소, 각각 = 10
    vector<string> names(3);           // 빈 문자열 3개

    cout << empty.size() << " "
         << filled.size() << " "
         << tens.size() << " "
         << names.size() << "\n";      // 0 3 5 3
}

소괄호 대 중괄호 함정에 주의하세요. vector<int> tens(5, 10)은 10의 복사본을 다섯 개 만들지만, vector<int> tens{5, 10}은 5와 10을 담은 두 요소짜리 vector를 만듭니다. 소괄호는 "크기와 채울 값"을 뜻하고, 중괄호는 "이 리터럴 요소들"을 뜻합니다.

요소 추가와 제거

vector의 핵심은 커진다는 것입니다. push_back은 끝에 추가하고, pop_back은 끝에서 제거합니다:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;          // 빈 상태로 시작
    v.push_back(10);
    v.push_back(20);
    v.push_back(30);

    v.pop_back();           // 30을 제거

    cout << "Size: " << v.size() << "\n";   // 2
    cout << "Back: " << v.back() << "\n";    // 20
}

back()은 마지막 요소를, front()는 첫 요소를 반환합니다. v[v.size() - 1]이나 v[0]보다 깔끔합니다. C++11부터는 요소를 제자리에서 생성하는 emplace_back(args...)도 쓸 수 있으며, 무거운 타입에서는 임시 복사를 피할 수 있습니다.

흔한 초보자의 실수는 빈 vector에 대해 front()나 back()을 호출하는 것입니다. 이는 오류가 아니라 정의되지 않은 동작이므로, 항상 먼저 if (!v.empty())로 방어하세요.

요소 읽기: [] 대 at()

vector는 배열과 똑같이 []로 인덱싱합니다. 하지만 []는 경계 검사를 하지 않습니다. 범위를 벗어난 인덱스는 정의되지 않은 동작이며, 조용히 쓰레기 값을 읽거나 나중에 엉뚱한 곳에서 크래시할 수 있습니다:

vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v[10];   // 정의되지 않은 동작 - 검사도, 오류도 없음

안전을 원한다면 at()을 사용하세요. 인덱스를 검사하고 잘못된 접근에서 std::out_of_range를 던지므로, 손상 대신 명확한 실패를 얻습니다:

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3};

    try {
        cout << v.at(10) << "\n";   // out_of_range를 던짐
    } catch (const out_of_range& e) {
        cout << "Caught: " << e.what() << "\n";
    }
}

경험칙: 인덱스가 유효함을 이미 입증한 빡빡한 루프에서는 []를, 잘못된 입력이 끼어들 수 있는 경계에서는 at()을 사용하세요.

vector 순회하기

vector를 훑는 가장 깔끔한 방법은 범위 기반 for 루프입니다. 복사 없이 읽으려면 요소를 const auto&로 받고, 제자리에서 수정하려면 auto&로 받으세요:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4};

    for (auto& n : v) {       // 참조 - 실제 요소를 수정함
        n *= n;
    }

    for (const auto& n : v) { // 읽기 전용
        cout << n << " ";     // 1 4 9 16
    }
    cout << "\n";
}

정말로 인덱스가 필요하다면(예: 이웃끼리 비교) 전통적인 카운팅 루프를 쓰세요. 다만 size()는 부호 없는 타입(size_t)을 반환한다는 점에 유의하세요. 부호 있는 int i와 비교하면 컴파일러 경고와 의외의 랩어라운드가 발생할 수 있으니, 가능하면 size_t i나 범위 기반 루프를 선호하세요:

for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {   // int가 아니라 size_t
    cout << v[i];
}

size, capacity, reserve

vector는 두 가지 숫자를 유지합니다. size()(담고 있는 요소 수)와 capacity()(커지지 않고 담을 수 있는 요소 수)입니다. push_back이 용량을 초과하면 vector는 더 큰 블록을 할당하고, 모든 요소를 복사한 뒤, 옛 블록을 해제합니다. 반복적인 push_back이 분할 상환 기준으로 저렴하면서도 개별 재할당은 공짜가 아닌 이유가 바로 이것입니다:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    v.reserve(100);          // 100개를 위한 공간을 미리 할당

    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        v.push_back(i);      // 재할당 없음 - 용량이 이미 있음
    }

    cout << "Size: " << v.size() << ", capacity >= " << v.capacity() << "\n";
}

추가할 요소 수를 대략 안다면, 반복 재할당을 건너뛰기 위해 먼저 reserve()를 호출하세요. reserve()는 크기가 아니라 용량을 바꾼다는 점에 유의하세요. 요소를 push하기 전까지 vector의 요소 수는 여전히 0입니다.

이 재할당은 vector에서 가장 고약한 버그의 근원이기도 합니다. 커지면서 저장소가 옮겨지기 때문에, vector 안으로 저장해 둔 포인터, 참조, 반복자는 재할당을 일으키는 push_back 이후 댕글링이 됩니다:

vector<int> v = {1, 2, 3};
int& first = v[0];     // vector 안으로의 참조
v.push_back(4);        // 재할당할 수 있음...
cout << first;         // 댕글링 - 해제된 메모리를 가리킬 수 있음

반복자에도 똑같이 적용됩니다. 저장해 둔 반복자로 순회하는 동안 push_back이나 erase를 하지 마세요. 루프 중에 항목을 제거해야 한다면, erase의 반환값을 쓰거나 std::remove와 함께 erase-remove 관용구를 사용하세요.

다음: map

vector는 무언가를 위치로 찾을 때(요소 0, 요소 1 등) 완벽합니다. 하지만 종종 무언가를 키로 찾고 싶을 때가 있습니다. 사용자 이름, 상품 ID, 단어 같은 것이죠. 그것이 바로 std::map의 용도입니다. 다음으로 C++의 키-값 컨테이너인 map을 다루면서, 항목을 삽입하고 조회하고 순회하는 방법, 그리고 거의 모두가 걸려 넘어지는 "[]가 기본값을 만들어 버리는" 함정을 살펴보겠습니다.

자주 묻는 질문

C++에서 vector란 무엇인가요?

std::vector는 C++ 표준 라이브러리에서 제공하는 동적(크기 조정 가능) 배열입니다. 원시 배열과 달리 자신의 크기를 알고 있고, push_back으로 요소를 추가하면 자동으로 커지며, 메모리도 알아서 해제해 줍니다. <vector>를 포함하고 vector<int> v;라고 작성하면 하나 만들 수 있습니다.

C++ vector에서 []와 at()의 차이는 무엇인가요?

v[i]는 경계 검사를 하지 않습니다 - 범위를 벗어난 인덱스는 정의되지 않은 동작(크래시 또는 조용한 메모리 손상)입니다. v.at(i)는 인덱스를 검사하고 유효하지 않으면 std::out_of_range를 던집니다. 이미 인덱스를 검증한 핫 루프에서는 []를, 안전하고 디버깅하기 좋은 실패가 필요할 때는 at()을 사용하세요.

push_back은 C++ vector 안을 가리키는 포인터와 참조를 무효화하나요?

네, 그럴 수 있습니다. vector의 용량이 다 차면 push_back은 저장소를 새 블록으로 재할당하는데, 이때 기존 요소를 가리키던 모든 포인터, 참조, 반복자가 무효화됩니다. push_back을 사이에 두고 요소에 대한 참조를 들고 있지 마세요. 그리고 가능하다면 미리 reserve()를 호출해 예상치 못한 재할당을 피하세요.