자바 - 컬렉션프레임워크 : Stack, Queue

본 내용은 자바의 정석 3rd Edition을 참고하여 작성되었습니다. 개인적으로 학습한 내용을 복습하기 목적이기 때문에 내용상 오류가 있을 수 있습니다.

1. `Stack`, `Queue`

Stack

push -----┐    ┌-----▶ pop
          ▼    |
        |         |
        |---------|
        |    2    |
        |---------|
        |    1    |
        |---------|
        |    0    |
        |---------|
        |---------|

마지막에 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼내게 되는 LIFO(Last In First Out)의 구조 로, 상자에 책을 쌓아둔 것을 위에서 부터 차례로 다시 꺼내는 것과 동일하다. 예를 들면 Stack에 0, 1, 2, 3을 차례로 데이터를 넣었다면, 꺼낼 때는 넣은 순서와 반대로 3, 2, 1, 0의 순서로 꺼내게 된다. Stack을 구현하기 위해서는 순차적으로 데이터를 추가하고 삭제하는 Stack에는 ArrayList와 같은 배열기반의 컬렉션클래스가 적합 하다.

Queue

offer -------┐    
             ▼    
        |         |
        |---------|
        |    2    |
        |---------|
        |    1    |
        |---------|
        |    0    |
        |---------|
        |         |
              |
              └-------▶ poll

처음 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼내게 되는 FIFO(First In First Out)의 구조 로, 양옆에 뚫린 파이프에서 한쪽은 넣고, 다른 한쪽은 빼는 것과 동일하다. 예를 들면 Queue에 0, 1, 2, 3, 4를 차례로 데이터를 넣었다면, 꺼낼 때는 넣은 순서와 마찬가지로 0, 1, 2, 3, 4의 순서로 꺼내게 된다. Queue를 구현하기 위해서는 LinkedList로 구현 하는 것이 적합하다. 그 이유는 만약 ArrayList와 같이 배열기반의 컬렉션클래스를 사용한다면 데이터를 꺼낼 때 항상 첫번째 저장한 데이터를 삭제하므로 빈 공간을 채우기 위해 데이터의 복사가 발생해 비효율적이기 때문이다.

`Stack`, `Queue` 예제 1 : 비교

public class StackQueueEx {
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        Queue queue = new LinkedList();

        stack.push("0");
        stack.push("1");
        stack.push("2");
        stack.push("3");

        queue.add("0");
        queue.add("1");
        queue.add("2");
        queue.add("3");

        System.out.println("stack");
        while (!stack.empty())
            System.out.println(stack.pop());

        System.out.println();

        System.out.println("Queue");
        while (!queue.isEmpty())
            System.out.println(queue.poll());
    }
}

Stack
3
2
1
0

Queue
0
1
2
3

스택과 큐는 각각 0, 1, 2, 3을 같은 순서로 넣고 꺼냈을 때 결과가 다르게 나온다는 것을 알 수 있다.
java에서는 스택을 Stack클래스로 구현하여 제공하지만, 큐는 Queue인터페이스만 정의해놓았을 뿐 별도의 클래스를 제공하지 않기 때문에 Queue인터페이스를 구현한 클래스들 중에 하나를 사용해야한다.

`Stack` 구현 예제

public class MyStack extends Vector {

    public Object push(Object item) {
        addElement(item);
        return item;
    }

    public Object pop() {
        Object obj = peek(); // stack에 저장된 마지막 요소를 읽어옴, stack이 비어있으면 EmptyStackException 발생
        removeElementAt(size() - 1);    // 마지막 요소삭제, 0부터시작하기 때문에 1을 빼줌
        return obj;
    }

    public Object peek() {
        int length = size();
        if (length == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        // 마지막 요소를 반환, 배열의 인덱스가 0부터 시작하기 때문에 1을 빼줌
        return elementAt(length - 1);
    }

    public boolean empty() {
        return size() == 0;
    }

    public int search(Object o) {
        int i = lastIndexOf(o); // 끝에서부터 객체를 찾는다.
        // 반환값은 저장된 위치(배열의 인덱스)
        if (i >= 0) {
            return size() - i;
        }
        // 객체를 찾지 못했을 경우 -1 반환
        return - 1;
    }
}

Stack, Queue활용 스택과 큐에 대해 알아보았는데 그렇다면 스택과 큐는 어떻게 활용되는지에 대해 알아보자.

Stack : 수식계산, 수식괄호검사, 웹브라우저의 뒤로/앞으로 등
Queue : 최근사용문서, 인쇄작업 대기목록, 버퍼(Buffer)

`Stack` 활용 예제 1 : 브라우저의 뒤로가기, 앞으로 가기 버튼 구현

public class StackEx1 {

    public static Stack back = new Stack();
    public static Stack forward = new Stack();

    public static void main(String[] args) {
        goURL("1.naver");
        goURL("2.google");
        goURL("3.daum");
        goURL("4.youtube");

        printStatus();

        goBack();
        System.out.println("뒤로가기 버튼 클릭");
        printStatus();

        goBack();
        System.out.println("뒤로 버튼 클릭");
        printStatus();

        goForward();
        System.out.println("앞으로 버튼 클릭");
        printStatus();

        goURL("github.com");
        System.out.println("새로운 주소 이동");
        printStatus();
    }

    public static void printStatus() {
        System.out.println("back : " + back);
        System.out.println("forward : " + forward);
        System.out.println("현재화면은 " + back.peek() + "입니다.");
        System.out.println();
    }

    public static void goURL(String url) {
        back.push(url);
        if (!forward.empty())
            forward.clear();
    }

    public static void goForward() {
        if (!forward.empty())
            back.push(forward.pop());
    }

    public static void goBack() {
        if (!back.empty())
            forward.push(back.pop());
    }
}

back : [1.naver, 2.google, 3.daum, 4.youtube]
forward : []
현재화면은 4.youtube입니다.

뒤로가기 버튼 클릭
back : [1.naver, 2.google, 3.daum]
forward : [4.youtube]
현재화면은 3.daum입니다.

뒤로 버튼 클릭
back : [1.naver, 2.google]
forward : [4.youtube, 3.daum]
현재화면은 2.google입니다.

앞으로 버튼 클릭
back : [1.naver, 2.google, 3.daum]
forward : [4.youtube]
현재화면은 3.daum입니다.

새로운 주소 이동
back : [1.naver, 2.google, 3.daum, github.com]
forward : []
현재화면은 github.com입니다.

웹브라우저의 뒤로, 앞으로 가기 버튼의 기능을 구현한 것인데 이 기능을 구현하기 위해서는 2개의 스택을 사용해야한다.

`Queue`활용 예제 1 : 유닉스의 History명령어 구현

public class QueueEx1 {

    static Queue queue = new LinkedList();
    static final int MAX_SIZE = 5;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("help를 입력하면 도움말을 볼 수 있습니다.");

        while (true) {
            System.out.print(">>");
            try {

                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                String input = scanner.nextLine().trim();

                if ("".equals(input))
                    continue;

                if (input.equalsIgnoreCase("q")) {
                    System.exit(0);
                } else if (input.equalsIgnoreCase("help")) {
                    System.out.println("help - 도움말을 보여줍니다.");
                    System.out.println("q 또는 Q - 프로그램을 종료합니다.");
                    System.out.println("history - 최근에 입력한 명령어를 " + MAX_SIZE +" 개 보여줍니다.");
                } else if (input.equalsIgnoreCase("history")) {
                    int i = 0;
                    save(input);

                    LinkedList temp = (LinkedList) queue;
                    ListIterator listIterator = temp.listIterator();

                    while (listIterator.hasNext()) {
                        System.out.println(++i+"."+listIterator.next());
                    }
                } else {
                    save(input);
                    System.out.println(input);
                }

            } catch (Exception e) {
                System.out.println("입력오류입니다.");
            }
        }
    }

    public static void save(String input) {
        if (!"".equals(input))
            queue.offer(input);

        if (queue.size() > MAX_SIZE)
            queue.remove();
    }
}

help를 입력하면 도움말을 볼 수 있습니다.
>>help
help - 도움말을 보여줍니다.
q 또는 Q - 프로그램을 종료합니다.
history - 최근에 입력한 명령어를 5 개 보여줍니다.
>>ls -al
ls -al
>>cd ~
cd ~
>>mkdir
mkdir
>>history
1.ls -al
2.cd ~
3.mkdir
4.history
>>q

`PriorityQueue`(우선순위 큐)와 예제

Queue인터페이스의 구현체 중의 하나로 저장한 순서와 관계없이 우선순위가 높은 것부터 꺼내게 된다는 특징이 있다. 그리고 null은 저장할 수 없으며, 만약 null을 저장하면 NullPointerException이 발생한다.

public class PriorityQueueEx {
    public static void main(String[] args) {
        Queue priorityQueue = new PriorityQueue();
        priorityQueue.offer(3);
        priorityQueue.offer(1);
        priorityQueue.offer(5);
        priorityQueue.offer(2);
        priorityQueue.offer(4);
        System.out.println(priorityQueue);

        Object obj = null;
        while ((obj = priorityQueue.poll()) != null)
            System.out.println(obj);
    }
}

[1, 2, 5, 3, 4]
1
2
3
4
5

저장순서가 3, 2, 0, 1, 4 인데도 출력결과는 1, 2, 3, 4, 5 이다. 우선순위는 숫자가 작을수록 높은 것이므로 1이 가장 먼저 출력되었다.
숫자뿐만아니라 객체를 저장할 수도 있는데 그럴 경우 각 객체의 크기를 비교할 수 있는 방법을 제공해야한다.
참보변수 priorityQueue를 출력하면 내부적으로 가지고 있는 배열의 내용이 출력되는데 저장한 순서와 다르게 나온다. 힙이라는 자료구조의 형태로 저장되었기 때문이다.

2. `Deque`(Double-Ended Queue)

offerLast -------┐   ┌-----▶ pollLast
                 ▼   |
              |         |
              |---------|
              |    2    |
              |---------|
              |    1    |
              |---------|
              |    0    |
              |---------|
              |         |
                 ▲   |
offerFirst ------┘   └-------▶ pollFirst

Queue의 변형으로 한쪽 끝으로만 추가/삭제할 수 있는 Queue와 달리 Deque는 양쪽 끝에 추가/삭제가 가능하다. Deque의 조상은 Queue이며 구현체로는 ArrayDeque와 LinkedList등이 있다.

내 블로그 - 관리자 홈 전환	`Q` `Q`
새 글 쓰기	`W` `W`

글 수정 (권한 있는 경우)	`E` `E`
댓글 영역으로 이동	`C` `C`

이 페이지의 URL 복사	`S` `S`
맨 위로 이동	`T` `T`
티스토리 홈 이동	`H` `H`
단축키 안내	`Shift` + `/` `⇧` + `/`

더블에스 devlog