자료구조
자료구조란?
여러 데이터의 묶음을 저장하고, 사용하는 방법을 정의한 것.
데이터란?
문자, 숫자, 소리, 그림, 영상 등 실생활을 구성하고 있는 모든 값.
데이터는 그 자체만으로 어떤 정보를 가지기 힘듬.
예를 들어 나이라는 데이터만 알고 있다면, 사람의 나이인지, 강아지의 나이인지, 나무의 나이인지 알 수 없음.
데이터는 분석하고 정리하여 활용해야만 의미를 가질 수 있음.
필요에 따라 데이터의 특징을 잘 파악(분석)하여 정리하고, 활용해야 함.
데이터를 정해진 규칙 없이 저장하거나, 하나의 구조로만 정리하고 활용하는 것보다 데이터를 체계적으로 정리하여 저장해두는 게, 데이터를 활용하는 데 있어 훨씬 유리함.
자료구조의 분류
자료구조의 특징
대부분의 자료구조는 특정한 상황에 놓인 문제를 해결하는 데에 특화되어 있음. 따라서 많은 자료구조를 알아두면, 어떠한 상황이 닥쳤을 때 적합한 자료구조를 빠르고 정확하게 적용하여 문제를 해결할 수 있음.
자료구조를 눈으로 보고 익힐 수 있는 시각자료.
Data Structure Visualizations
Visualgo
Stack & Queue
리스트(List) 자료구조
Stack
Stack은 쌓다, 쌓이다, 포개지다 와 같은 뜻.
마치 접시를 쌓아 놓은 형태와 비슷한 이 자료구조는 직역 그대로,
데이터(data)를 순서대로 쌓는 자료구조임.
Stack의 구조
- 자료구조 Stack의 특징은 입력과 출력이 하나의 방향으로 이루어지는 제한적 접근에 있음.
- 이런 Stack 자료구조의 정책을 LIFO(Last In First Out) 혹은 FILO(First In Last Out)이라고 부름.
- Stack에 데이터를 넣는 것을 'PUSH', 데이터를 꺼내는 것을 'POP'이라고 합니다.
Stack의 특징
1. LIFO(Last In First Out)
먼저 들어간 데이터는 제일 나중에 나오는 후입선출의 구조를 가지고 있음.
이러한 특성으로 인해 스택 구조는 조회가 필요하지 않으므로, 해당 자료구조를 사용해 데이터를 저장하고 검색하는 프로세스가 매우 빠르며, 최상위 블록에서 데이터를 저장하고 검색하면 된다는 장점이 있음.
2. 데이터는 하나씩 넣고 뺄 수 있습니다.
Stack 자료구조는 데이터가 아무리 많이 있어도 하나씩 데이터를 넣고, 뺌.
한꺼번에 여러 개를 넣거나 뺄 수 없음.
3. 하나의 입출력 방향을 가지고 있습니다.
Stack 자료구조는 데이터의 입출력 방향이 같음.
만약, 입출력 방향이 여러 개라면 Stack 자료구조라고 볼 수 없음.
4. 저장되는 데이터는 유한하고 정적이어야 합니다.
스택이라는 자료 구조를 사용한 콜 스택(Call Stack)을 예시로 들어 설명하도록 하겠습니다. 콜 스택 내부에 함수의 실행 데이터는 스택의 프레임으로 저장됩니다. 각 프레임은 해당 기능에 필요한 데이터가 저장되는 공간 블록이라 이해하면 됩니다. 예를 들어, 함수가 새로이 변수를 선언할 때마다 스택의 최상위 블록으로 Push 됩니다. 그 다음 함수가 종료될 때마다 최상위 블록이 지워지므로(후입선출 구조이기 때문에), 해당 함수에 의해 스택에 들어간 모든 변수가 지워지게 됩니다. 여기에 저장된 데이터가 정적 특성을 가져야지만이 컴파일 시간이 결정됩니다. 스택에 저장되는 일반적인 데이터는 로컬 변수(value type 또는 프리미티브, 프리미티브 상수), 포인터 및 함수 프레임입니다.
5. 스택의 크기는 제한되어 있습니다.
힙(heap)에 비해 스택의 크기가 제한되어 있으므로, 스택 오버플로(Stack Overflow) 같은 에러가 자주 발생함.
대부분의 언어는 스택에 저장할 수 있는 값의 크기가 제한되어 있음.
Stack의 실사용 예제
브라우저의 뒤로 가기, 앞으로 가기 기능을 구현할 때 자료구조 Stack이 활용됨.
브라우저에서 자료구조 Stack이 사용될 때 순서.
1. 새로운 페이지로 접속할 때, 현재 페이지를 Prev Stack에 보관합니다.
2. 뒤로 가기 버튼을 눌러 이전 페이지로 돌아갈 때에는, 현재 페이지를 Next Stack에 보관하고 Prev Stack에 가장 나중에 보관된 페이지를 현재 페이지로 가져옵니다.
3. 앞으로 가기 버튼을 눌러 앞서 방문한 페이지로 이동을 원할 때에는, Next Stack의 가장 마지막으로 보관된 페이지를 가져옵니다.
4. 마지막으로 현재 페이지를 Prev Stack에 보관합니다.
Queue
큐(Queue)는 줄을 서서 기다리다, 대기행렬 이라는 뜻.
Queue의 구조
먼저 들어간 데이터(data)가 먼저 나오는 FIFO(First In First Out) 혹은 LILO(Last In Last Out) 을 특징으로 가지고 있음.
티켓을 사려고 줄을 서서 기다리는 모습과 흡사한 이 자료구조는 입력과 출력의 방향이 고정되어 있으며, 두 곳으로 접근이 가능함.
Queue에 데이터를 넣는 것을 'enqueue', 데이터를 꺼내는 것을 'dequeue'라고 함.
자료구조 Queue는 데이터(data)가 입력된 순서대로 처리할 때 주로 사용함.
Queue의 특징
1. FIFO (First In First Out)
먼저 들어간 데이터가 제일 처음에 나오는 선입선출의 구조를 가지고 있음.
2. 데이터는 하나씩 넣고 뺄 수 있습니다.
Queue 자료구조는 데이터가 아무리 많이 있어도 하나씩 데이터를 넣고, 뺍니다. 한꺼번에 여러 개를 넣거나 뺄 수 없음.
3. 두 개의 입출력 방향을 가지고 있습니다.
Queue 자료구조는 데이터의 입력, 출력 방향이 다름.
만약 입출력 방향이 같다면 Queue 자료구조라고 볼 수 없음.
Queue의 실사용 예제
컴퓨터 장치들 사이에서 데이터(data)를 주고받을 때,
각 장치 사이에 존재하는 속도의 차이나 시간 차이를 극복하기 위해 임시 기억 장치의 자료구조로 Queue를 사용함.
이것을 통틀어 버퍼(buffer)라고 함.
컴퓨터와 프린터 사이의 데이터(data) 통신.
- 일반적으로 프린터는 속도가 느림.
- CPU는 프린터와 비교하여, 데이터를 처리하는 속도가 빠름.
- 따라서, CPU는 빠른 속도로 인쇄에 필요한 데이터(data)를 만든 다음, 인쇄 작업 Queue에 저장하고 다른 작업을 수행함.
- 프린터는 인쇄 작업 Queue에서 데이터(data)를 받아 일정한 속도로 인쇄함.
유튜브와 같은 동영상 스트리밍 앱을 통해 동영상을 시청할 때, 다운로드 된 데이터(data)가 영상을 재생하기에 충분하지 않은 경우가 있음.
이때 동영상을 정상적으로 재생하기 위해 Queue에 모아 두었다가 동영상을 재생하기에 충분한 양의 데이터가 모였을 때 동영상을 재생함.
원형 큐(Circular Queue) 더 공부해보기
