언리얼 - 자료구조 (TArray)

안영욱·2023년 2월 12일
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언리얼의 자료구조 TArray 에대해 알아보겠습니다.

TArray는 언리얼엔진4 에서 가장 간단한 배열 컨테이너 클래스
TArray는 유형이 같은 다른오브젝트 들을 순서대로 정리하여 저장하는 클래스이다.
TArray는 시퀀스 형태로 함수를 이용하여 오브젝트와 순서를 결정지을 수 있다.

1. TArray

TArray는 언리얼에서 가장 자주쓰이는 컨테이너 클래스로 신속성, 메모리 효율성, 안정성을 염두하여 디자인 되었다.
TArray는 주로 2가지 프로퍼티로 구분되며 *엘리먼트(element) 유형 과 *할당자(allocator) 입니다.

엘리먼트(element)

  • 엘리먼트는 배열에 저장되는 오브젝트 유형
  • TArray는 동질성 컨테이너로 저장되는 엘리먼트의 유형이 엄격히 같아야하며 유형이 다른 엘리먼트는 저장할수없다.

할당자(allocator)

  • 할당자 는 메모리에 오브젝트가 레이아웃되는 방식, 배열에 엘리먼트를 넣어 배열을 키우는방식을 결정
  • 대부분 생략되는 경우가많으며 (기본값은 1) 대부분 적합한 값으로 사용된다.
  • 할당자를 다루는 방식은 여러가지가 있으며 기본 작동적합하지 않을경우 직접 작성하여 사용한다.

TArray는 값 유형은 int32 ,float와 같은 내장형 자료형과 비슷하게 취급해야한다.
TArray는 확장을 염두해두지 않았기때문에 인스턴스를 new 및 delete로 생성, 삭제 를하는것은 좋지않다.
TArray의 엘리먼트는 값유형이기도하며 배열이 소유한다.
TArray의 소멸은 소속 엘리먼트의 소멸로 이어진다.
TArray변수를 다른 TArray엘리먼트로 할당해도 엘리먼트를 복사하여 할당하며 엘리먼트가 공유되지는 않는다.

2. TArray를 생성하고 할당하기

2-1. 생성자

TArray에 정수를 담아 사용하기위해 빈배열을 생성.

TArray<int32> IntArray; //자료형<엘리먼트의자료형> 변수이름
  • 엘리먼트의 자료형으로는 int32, FString, TSharedPtr 과같은 C++에서 복사 및 소멸이 가능한 유형이라면 어떤것이든 가능하다.

2-2. Init

TArray를 채우는 방식은 여러가지가 존재하며 그중 Init함수는 배열을 엘리먼트의 복사본 여러개로 채우는것이다.

IntArray.Init(10, 5); // IntArray == [10,10,10,10,10] // 10복사본 5개를 할당

2-3. Add , Emplace

Add 와 Emplace 함수를 사용해서 배열 끝에 새 오브젝트를 만들 수 있다.

TArray<FString> StrArr;
StrArr.Add    (TEXT("Hello")); //Add를 이용하여 Text 타입의 "Hello" 문자열을 배열끝에 할당
StrArr.Emplace(TEXT("World")); //Emplce를 이용하여 Test타입의 "World" 문자열을 배열끝에 할당
// StrArr == ["Hello","World"]

TArray의 얼로케이터는 엘리먼트가 추가될때마다 필요에따라 메모리를 제공한다.
기본 얼로케이터는 다수의 엘리먼트가 추가될때마다 충분한 양의 메모리를 제공한다.

Add 와 Emplace의 동작방식은 미묘한 차이가 있다.

  • Add(또는 Push) 는 엘리먼트 유형의 인스턴스를 배열에 복사 (또는 이동)한다.
  • Emplace 는 지정한 인수를 사용하여 엘리먼트 유형의 인스턴스를 새로 생성한다.

즉 TArray<FString>의 경우

  • 'Add'는 스트링 리터널을 사용해 임시FString리터널을 생성후 컨테이너안의 새로운FString으로 이동시킨다.
  • 'Emplace'는 스트링 리터널을 사용해 FString 을 직접 만든다.

최종 결과는 같지만, Emplace 는 임시 변수 생성을 하지 않는다.
FString 처럼 복잡한 값 유형은 퍼포먼스상 바람직하지 않은 경우가 많기 때문이다.

  • 일반적으로 Emplace가 Add보다 좋은점은 불필요한 복사, 이동이 없다는점!
  • 사소한 경우 Add를 그외에는 Emplace를 권장한다.

2-4. Append

Append 는 다른 TArray 또는 일반 C배열로의 포인터 및 해당 배열의 크기에 다수의 엘리먼트를 한꺼번에 추가한다.

FString Arr[] = { TEXT("of"), TEXT("Tomorrow") };
StrArr.Append(Arr, ARRAY_COUNT(Arr));
// StrArr == ["Hello","World","of","Tomorrow"]

2-5. AddUnique

AddUnique 는 기존배열에 동일한 엘리먼트가 존재하지 않는 경우 새 엘리먼트만 추가한다.

  • 존재 여부는 엘리먼트 유형의 operator== 를 사용해서 검사한다.
StrArr.AddUnique(TEXT("!"));
// StrArr == ["Hello","World","of","Tomorrow","!"]
StrArr.AddUnique(TEXT("!"));
// StrArr is unchanged as "!" is already an element

2-6. Insert

Insert는 Add, Emplace, Append 처럼 단일 엘리먼트나 엘리먼트 배열 사본을 지정한 위치에 추가한다.

StrArr.Insert(TEXT("Brave"), 1);
// StrArr == ["Hello","Brave","World","of","Tomorrow","!"]

2-7. SetNum

SetNum함수는 배열의 크기를 직접 설정할 수 있다.
설정된 크기가 현재 배열 크기보다 큰 경우 기본 생성자의 엘리먼트 유형을 사용해서 엘리먼트를 새로 만든다.

StrArr.SetNum(8);
// StrArr == ["Hello","Brave","World","of","Tomorrow","!","",""]

SetNum 의 설정크기가 현재 배열 크기보다 작은 경우 엘리먼트를 제거하기도 한다.

StrArr.SetNum(6);
// StrArr == ["Hello","Brave","World","of","Tomorrow","!"]

3. 반복처리

TArray 의 엘리먼트에 대한 반복처리(iterate)를 하는 방법은 여러가지 있으나, C++ 의 범위 for 기능을 사용하는 것을 권장한다. 

FString JoinedStr;
for (auto& Str : StrArr)
{
    JoinedStr += Str;
    JoinedStr += TEXT(" ");
}
// JoinedStr == "Hello Brave World of Tomorrow ! "

3-1. 인덱스 기반의 반복처리

for (int32 Index = 0; Index != StrArr.Num(); ++Index)
{
    JoinedStr += StrArr[Index];
    JoinedStr += TEXT(" ");
}

3-2. CreateIterator, CreateConstIterator

배열 반복처리에 대한 보다 세밀한 제어가 가능하다.

  • CreateIterator - 읽기,쓰기
  • CreateConstIterator - 읽기전용
 for (auto It = StrArr.CreateConstIterator(); It; ++It)
{
    JoinedStr += *It;
    JoinedStr += TEXT(" ");
}

4. 배열정렬(Sorting)

4-1. Sort

배열은 Sort 함수를 호출하는 것으로 간단히 정렬 가능하다.

StrArr.Sort();
// StrArr == ["!","Brave","Hello","of","Tomorrow","World"] //알파벳 순서로 정렬됨
  • 여기서 엘리먼트 유형 연산자 < 를 사용해서 값을 정렬한다.
  • FString 의 경우 대소문자 구분 없이 사전식 비교한다.

설정한 기준으로 정렬하는것도 가능하다. ▽

StrArr.Sort([](const FString& A, const FString& B) {
    return A.Len() < B.Len();
});
// StrArr == ["!","of","Hello","Brave","World","Tomorrow"]

문자열의 길이로 정렬한 결과

  • 길이가 같은 "Hello", "Brave", "World" 의경우 순서가 기존과 다른데, 이는 Sort는 동등한 엘리먼트의 경우 비안정적이기 때문이다.
  • Sort는 간단한 정렬을 위해 구현된 기능

4-2. HeapSort

HeapSort은 이진 술부(predicate)가 없어도 힙(Heap) 소팅(Sort) 에 사용 가능하다.

  • 데이터의 종류와 Sort 함수에 비할 때 소팅의 효율성에 따라 선택됩니다.
  • Sort 처럼 HeapSort 도 안정적이지 못합니다.

HeapSort로 정렬한 결과 ▽

StrArr.HeapSort([](const FString& A, const FString& B) {
    return A.Len() < B.Len();
});
// StrArr == ["!","of","Hello","Brave","World","Tomorrow"]

4-3. StableSort

StavleSort는 정렬 이후 동등한 엘리먼트의 순서를 결정하는데 사용된다.

위에서 Sort 나 HeapSort 대신 StableSort 를 사용했다면 ▽

StrArr.StableSort([](const FString& A, const FString& B) {
    return A.Len() < B.Len();
});
// StrArr == ["!","of","Brave","Hello","World","Tomorrow"]

"Brave", "Hello", "World" 가 기존 사전식으로 정렬됩니다. StableSort 는 병합 소트로 구현되었다.

5. 쿼리(Query)

5-1. Num

Num 함수를 사용해서 배열에 엘리먼트가 몇 개인지 확인할 수 있다.

int32 Count = StrArr.Num();
// Count == 6

5-2. Getdata

C 스타일 API 같은 것과의 상호 정보 교환을 위해 배열 메모리에 직접 접근할 필요가 있는 경우 사용됨

  • GetData함수를 사용해서 배열 내 엘리먼트에 대한 포인터를 반환시킬 수 있다.
  • 이 포인터는 배열이 존재하는 한에서, 그리고 배열이 변형되기 전에만 유효하다.
  • 오직 StrPtr 에서의 Num 인덱스만이 역참조가 가능(dereferenceable)하다.
FString* StrPtr = StrArr.GetData();
// StrPtr[0] == "!"
// StrPtr[1] == "of"
// ...
// StrPtr[5] == "Tomorrow"
// StrPtr[6] - undefined behavior

컨테이너가 const 인 경우, 반환되는 포인터 역시 const 이다.

5-3. GetTypeSize

컨테이너의 엘리먼트 타입의 크기도 알아낼수 있다.

uint32 ElementSize = StrArr.GetTypeSize();
// ElementSize == sizeof(FString)

5-4. Operator[]

엘리먼트 값을 얻으려면, operator[] 인덱싱을 사용해 원하는 엘리먼트에 대한 인덱스 값을 입력한다.

FString Elem1 = StrArr[1];
// Elem1 == "of"

operator[] 는 레퍼런스를 반환하므로, 배열이 const가 아니라는 가정하에 배열 내의 엘리먼트를 수정할 수도있다. 

StrArr[3] = StrArr[3].ToUpper();
// StrArr == ["!","of","Brave","HELLO","World","Tomorrow"] // hello를 대문자로 변환

GetData 함수처럼 operator[] 도 배열이 const 인 경우 const 레퍼런스를 반환한다.

5-5. IsValidIndex

유효하지 않은 인덱스, 즉 0 미만이거나 Num() 이상 값을 전해주면, 실행시간 오류가 발생한다.
컨테이너에 특정 인덱스가 유효한지 IsValidIndex 함수를 통해 확인할수 있다.

bool bValidM1 = StrArr.IsValidIndex(-1); // 0미만
bool bValid0  = StrArr.IsValidIndex(0);
bool bValid5  = StrArr.IsValidIndex(5);
bool bValid6  = StrArr.IsValidIndex(6); // 최대값 Num을넘김
// bValidM1 == false
// bValid0  == true
// bValid5  == true
// bValid6  == false

5-6. Last, Top

Last 함수를 사용하여 배열 끝에서부터 역순으로 인덱스를 사용할 수도 있다.
Top 함수는 Last 의 동의어로, 인덱스를 받지 않는다는 점이 다르다. 

FString ElemEnd  = StrArr.Last();
FString ElemEnd0 = StrArr.Last(0);
FString ElemEnd1 = StrArr.Last(1);
FString ElemTop  = StrArr.Top();
// ElemEnd  == "Tomorrow"
// ElemEnd0 == "Tomorrow"
// ElemEnd1 == "World"
// ElemTop  == "Tomorrow"

5-7. Contains, ContainsByPredicate

배열에 특정 엘리먼트가 있는지 확인하는데 사용됨

bool bHello   = StrArr.Contains(TEXT("Hello"));
bool bGoodbye = StrArr.Contains(TEXT("Goodbye"));
// bHello   == true
// bGoodbye == false

ContainsByPredicate 는 배열에 지정된 술부(predicate)와 일치하는 엘리먼트가 있는지 확인할수 있다.

bool bLen5 = StrArr.ContainsByPredicate([](const FString& Str){
    return Str.Len() == 5;
});
bool bLen6 = StrArr.ContainsByPredicate([](const FString& Str){
    return Str.Len() == 6;
});
// bLen5 == true
// bLen6 == false

5-8. Find, FindLast

Find 함수를 사용하여 엘리먼트를 찾을 수 있다.

  • 반환값은 해당 엘리먼트가 있는 인덱스 값을 반환한다.
int32 Index;
if (StrArr.Find(TEXT("Hello"), Index))
{
    // Index == 3
}

Find함수는 엘리먼트가 중복될경우 첫번째 엘리먼트를 반환한다.
FindLast함수를 사용하면 마지막 엘리먼트를 반환한다.

int32 IndexLast;
if (StrArr.FindLast(TEXT("Hello"), IndexLast))
{
    // IndexLast == 3, because there aren't any duplicates
}
  • Find, FindLast 모두 반환값이 bool로 반환된다.

Find 와 FindLast 는 엘리먼트 인덱스를 직접 반환할 수도 있다.

엘리먼트를 찾지 못했으면, 특수 INDEX_NONE 값이 반환된다.

int32 Index2     = StrArr.Find(TEXT("Hello"));
int32 IndexLast2 = StrArr.FindLast(TEXT("Hello"));
int32 IndexNone  = StrArr.Find(TEXT("None"));
// Index2     == 3
// IndexLast2 == 3
// IndexNone  == INDEX_NONE

5-9. IndexOfByKey ,IndexOfByPredicate

IndexOfByKey함수는 엘리먼트와 다른 타입과 비교가 가능하다.

  • Find의 경우 인수를 엘리먼트 유형으로 변환 하는과정을 거친다.
  • IndexOfByKey의 경우 엘리먼트와 key를 바로 비교한다.
  • key를 엘리먼트 형태로 변환할수 없을때에도 사용가능하다.

IndexOfByKey 는 operator==(ElementType, KeyType) 가 존재할경우 작동한다.
IndexOfByKey 는 처음 찾은 엘리먼트의 인덱스를 반환한다.
찾은 것이 없으면 INDEX_NONE 을 반환한다.

int32 Index = StrArr.IndexOfByKey(TEXT("Hello"));
// Index == 3

IndexOfByPredicate함수는 설정한 술부로 일치하는 첫 엘리먼트를 반환한다.
찾은 것이 없으면 마찬가지로 특수 INDEX_NONE 값을 반환한다.

int32 Index = StrArr.IndexOfByPredicate([](const FString& Str){
    return Str.Contains(TEXT("r"));
});
// Index == 2

5-10. FindByKey, FindByPredicate

FindByKey함수는 인덱스 대신 찾은 엘리먼트의 포인터를 반환한다.

엘리먼트를 임의의 오브젝트와 비교하는식으로 IndexOfByKey와 비슷하게 동작하나
찾은것이 없을경우 nullptr을 반환한다.

auto* OfPtr  = StrArr.FindByKey(TEXT("of")));
auto* ThePtr = StrArr.FindByKey(TEXT("the")));
// OfPtr  == &StrArr[1]
// ThePtr == nullptr

마찬가지로 FindByPredicate 역시 IndexOfByPredicate 처럼 사용되지만, 인덱스의 포인터를 반환한다는 점이 다르다. 

auto* Len5Ptr = StrArr.FindByPredicate([](const FString& Str){
    return Str.Len() == 5;
});
auto* Len6Ptr = StrArr.FindByPredicate([](const FString& Str){
    return Str.Len() == 6;
});
// Len5Ptr == &StrArr[2]
// Len6Ptr == nullptr

5-11. FilterByPredicate

FilterByPredicate 함수는 설정한 술부의 조건과 일치하는 엘리먼트 배열을 반환한다.

auto Filter = StrArray.FilterByPredicate([](const FString& Str){
    return !Str.IsEmpty() && Str[0] < TEXT('M');
});

6. 제거

6-1. Remove

Remove함수로 배열에서 엘리먼트를 지울 수 있다.

  • Remove 함수는 엘리먼트 유형의 operator== 에 따라, 제공한 것과 동일한 것으로 간주되는 엘리먼트를 모두 지운다.
TArray<int32> ValArr;
int32 Temp[] = { 10, 20, 30, 5, 10, 15, 20, 25, 30 };
ValArr.Append(Temp, ARRAY_COUNT(Temp));
// ValArr == [10,20,30,5,10,15,20,25,30]
ValArr.Remove(20);
// ValArr == [10,30,5,10,15,25,30]

6-2. RemoveSingle

RemoveSingle로 배열에서 처음 찾아내는 엘리먼트를 지울수 있다.

  • 배열에 중복된 것이 있는데 하나만 지우고자 한다거나, 배열에 해당 엘리먼트가 딱 하나만 있는 것이 확실한 경우 최적화 차원에서 유용하게 사용할수 있다.
ValArr.RemoveSingle(30);
// ValArr == [10,5,10,15,25,30]

6-3. RemoveAt

RemoveAt함수로 제거할 엘리먼트를 인덱스로 지정할 수 있다.

  • IsValidIndex 로 인덱스를 한번 검증하고 사용하는것이 좋은데, 배열에 없는 인덱스를 사용할경우 런타임 오류가 발생한다.
ValArr.RemoveAt(2); // 인덱스 2 엘리먼트를 제거합니다
// ValArr == [10,5,15,25,30]
ValArr.RemoveAt(99); // 런타임 오류가 발생합니다
// 인덱스 99 에 엘리먼트가 없기 때문입니다

6-4. RemoveAll

RemoveAll함수로 설정한 술부와 일치하는 모든 엘리먼트를 제거한다.
예) 3의 배수인 값을 전부 제거

ValArr.RemoveAll([](int32 Val) {
    return Val % 3 == 0;
});
// ValArr == [10,5,25]
  • 엘리먼트가 제거되면 그뒤 엘리먼트가 당겨져 배열에는 구멍이 생길수 없다.

6-5. Swap

제거 프로세스에는 비용이 따른다..

  • RemoveSwap, RemoveAtSwap, RemoveAllSwap 함수를 사용해서 부하를 줄일 수 있다.
  • Swap을 이용하면 부하가 줄어들지만, 배열의 순서는 보장받을수 없다.
TArray<int32> ValArr2;
for (int32 i = 0; i != 10; ++i)
    ValArr2.Add(i % 5);
// ValArr2 == [0,1,2,3,4,0,1,2,3,4]
ValArr2.RemoveSwap(2);
// ValArr2 == [0,1,4,3,4,0,1,3]
ValArr2.RemoveAtSwap(1);
// ValArr2 == [0,3,4,3,4,0,1]
ValArr2.RemoveAllSwap([](int32 Val) {
    return Val % 3 == 0;
});
// ValArr2 == [1,4,4]

6-6. Empty

Empty 함수는 배열에서 모든 것을 제거한다.

ValArr2.Empty();
// ValArr2 == []

7. 연산자(operator)

배열은 일반적인 생성자 복사나 할당 연산자를 통해 복사할 수 있다.
배열은 엘리먼트를 엄격히 소유하기에, 새 배열에는 자체적인 엘리먼트 사본이 생긴다..

TArray<int32> ValArr3;
ValArr3.Add(1);
ValArr3.Add(2);
ValArr3.Add(3);
auto ValArr4 = ValArr3;
// ValArr4 == [1,2,3];
ValArr4[0] = 5;
// ValArr3 == [1,2,3];
// ValArr4 == [5,2,3];

7-1. +=

Append 함수의 대안으로 , operatoe+=를 통해 배열을 추가할수 있다.

ValArr4 += ValArr3;
// ValArr4 == [5,2,3,1,2,3]

7-2. MoveTemp

MoveTemp 함수를 이용하여 배열을 이동시킬수 있다. 이동 이후 원본 배열은 공백으로 남는다.

ValArr3 = MoveTemp(ValArr4);
// ValArr3 == [5,2,3,1,2,3]
// ValArr4 == []

7-3. ==, !=

배열은 operator== 나 operator!= 를 사용해서 비교할 수 있다.

  • 엘리먼트의 순서가 중요하며, 두 배열이 동등한 경우는 엘리먼트의 수와 순서가 같을 경우이다.
  • 엘리먼트는 별도의 operator==를 사용해서 비교한다.
TArray<FString> FlavorArr1;
FlavorArr1.Emplace(TEXT("Chocolate"));
FlavorArr1.Emplace(TEXT("Vanilla"));
// FlavorArr1 == ["Chocolate","Vanilla"]
auto FlavorArr2 = Str1Array;
// FlavorArr2 == ["Chocolate","Vanilla"]
bool bComparison1 = FlavorArr1 == FlavorArr2;
// bComparison1 == true
for (auto& Str : FlavorArr2)
{
    Str = Str.ToUpper();
}
// FlavorArr2 == ["CHOCOLATE","VANILLA"]
bool bComparison2 = FlavorArr1 == FlavorArr2;
// bComparison2 == true, because FString comparison ignores case
Exchange(FlavorArr2[0], FlavorArr2[1]);
// FlavorArr2 == ["VANILLA","CHOCOLATE"]
bool bComparison3 = FlavorArr1 == FlavorArr2;
// bComparison3 == false, because the order has changed

출처
언리얼 공식 홈페이지

언리얼 TArray가 가지고있는 여러 함수들을 알아보았습니다
바로바로 이해가가지않는 부분은 제나름데로 수정을하면서 공부해보았습니다.
수정할부분이 있다면 댓글로 알려주시면 감사합니다.

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