자바 - 컬렉션 프레임워크 : HashSet

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

`HashSet`이란?

HashSet은 Set인터페이스를 구현한 가장 대표적인 컬렉션 이며, Set인터페이스의 특징대로 HashSet은 중복된 요소를 저장하지 않는다. HashSet에 새로운 요소를 추가할 때는 add()나 addAll()를 사용하는데 만약 HashSet에 이미 저장되어 있는 요소와 중복된 요소를 추가하고자 한다면 이 메서드들은 false를 반환함으로써 중복된 요소이기 때문에 추가에 실패했다는 것을 알려준다.

ArrayList와 같이 List인터페이스를 구현한 컬렉션과 달리 HashSet은 저장순서를 유지하지 않으므로 저장순서를 유지하고자 한다면 LinkedHashSet을 사용 해야한다.

`HashSet` 예제 1 : `HashSet` 사용법과 이해

public class HashSetEx1 {
    public static void main(String[] args) {
        Object[] objArr = {"1", new Integer(1), "2", "2", "3", "3", "4", "4", "4"};
        Set set = new HashSet();

        for (int i = 0; i < objArr.length; i++) {
            set.add(objArr[i]);
        }

        System.out.println(set);
    }
}

[1, 1, 2, 3, 4]

중복된 값은 저장되지 않는다.
add()는 객체를 추가할 때 HashSet에 이미 같은 객체를 가지고 있으면 중복으로 간주하고, 저장하지 않고 false를 리턴한다.
그런데 1이 두번 출력된 것은 첫번째 1은 String인스턴스이고, 두번째 1은 Integer인스턴스이기 때문이다.

`HashSet` 예제 2 : 로또번호 생성기(중복된 숫자X)

public class HashSetLotto {
    public static void main(String[] args) {
        Set set = new HashSet();

        for (int i = 0; set.size() < 6; i++) {
            int num = (int) (Math.random() * 45) + 1;
            set.add(new Integer(num));
        }

        List list = new LinkedList(set);
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

[3, 5, 14, 15, 32, 35]

중복된 값이 저장되지 않는 HashSet의 성질을 이용해서 로또번호를 생성했다.
Math.random()를 이용했기 때문에 실행할 때마다 생성되는 번호가 달라진다.
번호를 크기 순으로 정렬하기 위해 Collections.sort()를 사용했는데 sort()의 인자로 List가 필요하기 때문에 LinkedList클래스의 생성자를 이용해 처리

`HashSet` 예제 3 : 빙고판 만들기(`HashSet`, `LinkedHashSet`)

public class Bingo {
    public static void main(String[] args) {
        Set set = new HashSet();
        //Set set = new LinkedHashSet();
        int[][] board = new int[5][5];

        for (int i = 0; set.size() < 25; i++) {
            set.add((int)(Math.random() * 50) + 1 + "");
        }

        Iterator iterator = set.iterator();

        for (int i = 0; i < board.length; i++) {
            for (int j = 0; j < board[i].length; j++) {
                board[i][j] = Integer.parseInt((String) iterator.next());
                System.out.print((board[i][j] < 10 ? " " : " ")+ board[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

22 44 23 46 25
47 26 49 29 50
31 10 33 13 35
14 15 16 17 19
1 5 9 40 41

1~50 사이의 숫자 중에서 25개를 골라 5X5크기의 빙고판을 만들었다.
next()의 반환값이 Object이기때문에 형변환을 통해서 원래의 타입으로 바꿔놔야한다.
여러번 실행하다보면 같은 숫자가 비슷한 위치에 나온다는 사실을 발견할 수 있는데 HashSet은 저장된 순서를 보장하지 않고, 자체적인 방식에 따라 저장하게 된다.
이 경우에는 HashSet보다는 LinkedHashSet이 더 나은 선택일 수 있다.

`HashSet` 예제 4 : name, age가 같으면 같은 사람으로 인식하기 1

public class HashSetEx2 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("abc");
        hashSet.add("abc");
        hashSet.add(new Person("Doubles", 10));
        hashSet.add(new Person("Doubles", 10));

        System.out.println(hashSet);
    }
}

class Person {
    String name;
    int age;

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String toString() {
        return name + ":" + age;
    }
}

[abc, Doubles:10, Doubles:10]

Person의 name과 age가 같으면 같은 사람으로 간주하고 HashSet에 저장되지 않도록 하는 것이 위의 코드의 목적이다.
하지만 결과를 출력해보면 name과 age가 동일한데도 불구하고 2명이 출력되었다.
코드의 의도대로 두 인스턴스가 같은 것으로 인식하게 하려면 어떻게 해야할지 다음 예제를 통해 알아보자.

`HashSet` 예제 5 : name, age가 같으면 같은 사람으로 인식하기 2 (`equals()`와 `hashCode()`)

public class HashSetEx3 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("abc");
        hashSet.add("abc");
        hashSet.add(new Person2("Doubles", 10));
        hashSet.add(new Person2("Doubles", 10));

        System.out.println(hashSet);
    }
}

class Person2 {
    String name;
    int age;

    Person2(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // name과 age가 같으면 true 리턴
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Person2) {
            Person2 temp = (Person2) obj;
            return name.equals(temp.name) && age == temp.age;
        }
        return false;
    }

    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

    public String toString() {
        return name + ":" + age;
    }
}

[abc, Doubles:10]

일단 결과부터 살펴보면 name과 age가 같기 때문에 동일한 인스턴스로 간주하여 더이상 저장을 하지 않아 1개만 출력되었다.
HashSet의 add()는 새로운 요소를 추가하기 전에 기존에 저장된 요소와 같은 것인지 판별하기 위해 추가하려는 요소의 equals()와 hashCode()를 호출하기 때문에 equals()와 hashCode()를 목적에 맞게 오버라이딩 해야만한다.
String클래스에서 같은 내용의 문자열에 대한 equals()의 호출결과가 true인 것과 같이, Person2클래스에서도 두 인스턴스의 name과 age가 같으면 true를 반환하도록 equals()를 오버라이딩했다.
오버라이딩을 통해 작성된 HashCode()는 아래와 같은 세가지 조건을 만족해야한다.
- 실행 중인 애플리케이션 내의 동일한 객체에 대해서 여러번 hashCode()를 호출해도 동일한 int값을 반환해야한다.
- equals()를 이용한 비교에 의해서 true를 얻은 두 개체에 대해 각각 hashCode()를 호출해서 얻은 결과는 반드시 같아야한다.
- equals()를 호출했을 때 false를 반환하는 두 객체는 hashCode() 호출에 대해 같은 int값을 반환하는 경우가 있어도 괜찮지만, 해싱(hashing)을 사용하는 컬렉션의 성능을 향상시키기 위해 다른 int값을 반환하는 것이 좋다.

`HashSet` 예제 6 : 교집합, 합집합, 차집합

public class HashSetEx4 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet setA = new HashSet();
        HashSet setB = new HashSet();
        HashSet setUnion = new HashSet();
        HashSet setInter = new HashSet();
        HashSet setDiff1 = new HashSet();
        HashSet setDiff2 = new HashSet();

        setA.add("1");
        setA.add("2");
        setA.add("3");
        setA.add("4");
        setA.add("5");
        System.out.println("A = " + setA);

        setB.add("4");
        setB.add("5");
        setB.add("6");
        setB.add("7");
        setB.add("8");
        System.out.println("B = " + setB);

        Iterator iterator = setB.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object temp = iterator.next();
            if (setA.contains(temp))
                setInter.add(temp);
        }

        iterator = setA.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object temp = iterator.next();
            if (!setB.contains(temp))
                setDiff1.add(temp);
        }

        iterator = setB.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object temp = iterator.next();
            if (!setA.contains(temp))
                setDiff2.add(temp);
        }

        iterator = setA.iterator();
        while (iterator.hasNext())
            setUnion.add(iterator.next());

        iterator = setB.iterator();
        while (iterator.hasNext())
            setUnion.add(iterator.next());

        System.out.println("A ∩ B = " + setInter);
        System.out.println("A ∪ B = " + setUnion);
        System.out.println("A - B = " + setDiff1);
        System.out.println("B - A = " + setDiff2);
    }
}

A = [1, 2, 3, 4, 5]
B = [4, 5, 6, 7, 8]
A ∩ B = [4, 5]
A ∪ B = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
A - B = [1, 2, 3]
B - A = [6, 7, 8]

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`HashSet` 예제 4 : name, age가 같으면 같은 사람으로 인식하기 1

`HashSet` 예제 5 : name, age가 같으면 같은 사람으로 인식하기 2 (`equals()`와 `hashCode()`)

`HashSet` 예제 6 : 교집합, 합집합, 차집합

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