Java(51) - 자바 Set 인터페이스 보충

5 분 소요

1. Set 인터페이스의 특성과 HashSet 클래스Permalink

우선 List 인터페이스를 구현하는 클래스와 Set 인터페이스를 구현하는 클래스들의 차이점을 보겠습니다.

List 인터페이스를 구현하는 클래스들과 달리 Set 인터페이스를 구현하는 클래스들은
데이터의 저장순서를 유지하지 않는다
List 인터페이스를 구현하는 클래스들과 달리 Set 인터페이스를 구현하는 클래스들은
데이터의 중복저장을 허용하지 않는다.

즉 Set 인터페이스의 특성은 수학에서 말하는 집합과 동일한 특성을 지닙니다.
Set인터페이스를 구현하는 대표적인 클래스 HashSet을 이용한 예제를 보겠습니다.

import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;

class SetInterfaceFeature{
    public static void main(String[] args){
        HashSet<String> hSet = new HashSet<String>();
        hSet.add("Frist");
        hSet.add("Second");
        hSet.add("Third");
        hSet.add("First");

        System.out.println("저장된 데이터 수: " + hSet.size());

        Iterator<String> itr = hSet.iterator();
        while(itr.hashNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

위 예제의 실행 결과는

저장된 데이터 수: 3
Third
Second
First

입니다.

실행결과를 보면 First가 반복되서 저장되지 않음을 알 수 있습니다.
저장 순서 역시 저장된 순서에 관계없이 출력되는 것을 알 수 있습니다.

그렇다면 어떤 기준으로 동일한 데이터인지 아닌지 구분하는 것일까요?
예제를 하나 보겠습니다.

import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;

class SimpleNumber{
    int num;
    public SimpleNumber(int n){
        num = n;
    }
    public String toString(){
        return String.valueOf(num);
    }
}

class HashSetEqulityOne{
    public static void main(String[] args){
        HashSet<SimpleNumber> hSet = new HashSet<SimpleNumber>();
        hSet.add(new SimpleNumber(10));
        hSet.add(new SimpleNumber(20));
        hSet.add(new SimpleNumber(20));

        System.out.println("저장된 데이터 수: " + hSet.size());

        Iterator<SimpleNumber> itr = hSet.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

실행 결과는

저장된 데이터 수: 3
20
10
20

입니다.

해당 결과를 보면, hSet.add(new SimpleNumber(20)) 코드 두 줄을 다른 인스턴스로 간주하고 있습니다.
이는 HashSet 클래스가 equals 메서드의 호출결과와 hashCode 메서드의 호출 결과를 가지고 비교하기 때문입니다.

2. 해시 알고리즘과 hashcCode 메서드Permalink

우리가 HashSet 클래스를 제대로 활용하기 위해서는 해시 알고리즘의 약간의 이해가 필요합니다.

간단한 해시 알고리즘을 보겠습니다.
num%3
위 코드는 나머지 연산의 결과(0,1,2)에 따라 숫자를 묶습니다.

만약 3, 5, 7, 12, 25, 31이라는 숫자가 있고 해시 알고리즘을 통해 3가지 부류로 나눈 상태에서,
정수 5의 존재를 확인하는 효율적인 방법은 나머지의 연산 결과가 2인 집합을 찾는 것입니다.

이런식으로 했을 경우, 연산의 결과가 0,1인 부류들은 검색의 대상에서 제외되며
검색의 대상이 줄어들게 되고, 검색속도가 매우 빨라집니다.

이것이 해시 알고리즘의 장점이며, 해시 연산의 결과인 0, 1, 2를 해시 값 이라고 하며
이 값을 기준으로 데이터를 구분합니다.

예제를 하나 보겠습니다.

import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;

class SimpleNumber{
    int num;

    public SimpleNumber(int n){
        num = n;
    }
    public String toString(){
        return String.valueOf(num);
    }
    public int hashCode(){
        return num%3;
    }
    public boolean equals(Object obj){
        SimpleNumber comp = (SimpleNumber)obj;
        if(comp.num==num){
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }
}

class HashSetEqualityTwo{
    public static void main(String[] args){
        HashSet<SimpleNumber> hSet = new HashSet<SimpleNumber>();
        hSet.add(new SimpleNumber(10));
        hSet.add(new SimpleNumber(20));
        hSet.add(new SimpleNumber(20));

        Iterator<SimpleNumber> itr = hSet.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

해당 예제의 단계는

Object 클래스의 hashCode 메서드의 반환 값을 해시 값으로 활용
Object 클래스의 equals 메서드의 반환 값을 이용해 내용 비교

입니다.
(각각 public int hashCode(), public boolean equals(Object obj)를 오버라이딩)

이렇게 하게되면 앞서 본 예제의 결과와 달리 중복을 허용하지 않는 결과가 도출됩니다.

3. TreeSet 클래스의 이해와 활용Permalink

TreeSet 클래스는 트리(Tree)라는 자료구조를 기반으로 구현되어 있습니다.

트리는 데이터를 정렬된 상태로 저장하는 자료구조입니다.
즉, 이를 기반으로 구현된 TreeSet 클래스 역시 데이터를 정렬된 상태로 유지합니다.
(저장순서를 유지하는 것과는 의미가 다릅니다.)

예제를 보겠습니다.

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

class SortTreeSet{
    public static void main(String[] args){
        TreeSet<Integer> sTree = new TreeSet<Integer>();
        sTree.add(1);//AutoBoxing에 의해 생성되는 인스턴스
        sTree.add(2);
        sTree.add(4);
        sTree.add(3);
        sTree.add(2);

        System.out.println("저장된 데이터 수: " + sTree.size());

        Iterator<Integer> itr = sTree.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

해당 코드의 결과는 1 2 3 4 입니다.
중복된 데이터의 저장을 허용하지 않으며, 오름차순으로 정렬되고 있습니다.

iterator 메서드가 반환하는 반복자는 오름차순의 참조를 보장하지만,
여기서 우리가 중요하게 봐야할 것은 정렬의 방식이 아닌, 정렬의 기준입니다.

위 예제처럼 숫자라면 정렬의 기준에 대해 논란이 없습니다.
숫자의 크기 자체가 정렬의 유일한 기준이기 때문입니다.

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

그러나 위의 클래스의 인스턴스가 저장대상이라면 이야기는 달라집니다.

Person man1 = new Person("Lee", 24);
Person man2 = new Person("Kim", 15);
Person man3 = new Person("Park", 30);

위 처럼 인스턴스가 생성됐다고 가정합시다.
이 상황에서는 무엇을 정렬의 기준으로 삼아야하는지 명확하지 않습니다.

이런 상황 때문에 Java에서는 인터페이스의 구현을 통해 정렬의 기준을
프로그래머가 직접 정의할 것을 요구합니다.

interface Comparable<T>{
    int compareTo(T obj);
}

위의 Comparable<T> 인터페이스의 compareTo 메서드는 다음의 내용을 근거로 정의되어야 합니다.

인자로 전달된 obj가 작다면 양의 정수를 반환
인자로 전달된 obj가 크다면 음의 정수를 반환
인자로 전달된 obj가 같다면 0을 반환

여기서 말하는 크고 작음에 대한 기준이 세워지면, 정렬의 기준이 세워지는 것입니다.

TreeSet<E> 역시 comparTo 메서드의 호출결과를 참조하여 정렬을 하기 때문에,
TreeSet<E>에 저장되는 인스턴스는 반드시 Comparable<T> 인터페이스를 구현해야 합니다.

Integer 클래스 같은 Java에 정의되어 있는 클래스들은 이미 해당 인스턴스를 구현하고 있습니다.

4. Comparable 인터페이스 구현Permalink

위에서 본 Person 클래스의 정렬기준을 나이로 하고 Comparable 인터페이스를
구현한 예제를 보겠습니다.

class Person implements Comparable<Person>{
    String name;
    int age;

    public Person(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void showData(){
        System.out.println("%s %d \n",name, age);
    }
    public int compareTo(Person p){
        if(age>p.age){ //인자로 전달된 p가 작음 -> 양수 반환
            return 1;
        }else if(age<p.age){ //음수 반환
            return -1;
        }else{ //0 반환
            return 0;
        }
    }
}

class ComparablePerson{
    public static void main(String[] args){
        TreeSet<Person> sTree = new TreeSet<Person>();
        sTree.add(new Person("Lee", 24));
        sTree.add(new Person("Kim", 15));
        sTree.add(new Person("Park", 30));

        Iterator<Person> itr = sTree.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            itr.next().showData();
        }
    }
}

다음은 또 다른 정렬의 기준에 대해 보겠습니다.
String 클래스의 경우 사전편찬 순으로 정렬되도록 Comparable 인터페이스가 구현되어 있습니다.

즉 문자열을 TreeSet<E>에 저장할 경우 사전편찬 순으로 정렬이 이루어집니다.
여기서 사전편찬 순이 아닌 길이 순으로 저장하고 싶을 때를 보겠습니다.

우선 String 클래스의 Wrapper 클래스를 다음과 같이 정의하겠습니다.

class MyString{
    String str;
    public MyString(String str){this.str = str;}
    public int getLength(){return str.length();}
    public String toString(){return str;}
}

다음은 전체 예제를 보겠습니다.

import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;

class MyString implements Comparable<MyString>{
    String str;
    public MyString(String str){this.str = str;}
    public int getLength(){return str.length();}

    public int compareTo(MyString mStr){
        if (getLength()>mStr.getLength()){
            return 1;
        }else if(getLength()<mStr.getLength()){
            return -1;
        }else{
            return 0;
        }

        // return getLength() - mStr.getLength()
    }

    public String toString(){return str;}
}

class ComparableMyString{
    public static void main(String[] args){
        TreeSet<MyString> tSet = new TreeSet<MyString>();
        tSet.add(new MyString("Orange"));
        tSet.add(new MyString("Apple"));
        tSet.add(new MyString("Dog"));
        tSet.add(new MyString("Individual"));

        Iterator<MyString> itr = tSet.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

해당 코드는
compareTo 메서드의 구현을 통해 정렬의 기준을 정합니다.

그리고 주석처리 되어있는 부분이 있는데,
해당 코드 위의 코드는 이해를 위한 코드이고 주석처리한 부분처럼 간단하게 나타내도 됩니다.
(내림차순의 반복자를 반환하는 메서드는 찾아보도록 합시다)

5. Comparator 인테페이스를 기반으로 TreeSet의 정렬 기준 제시하기Permalink

앞서 본 예제 ComparableMyString.java의 경우 정렬을 위해 MyString이라는
String의 Wrapper 클래스를 별도로 정의했습니다.

그렇다면 반드시 TreeSet의 정렬의 기준을 변경하기 위해서 별도의 클래스를 매번 정의해야하는 것일까요?

이런 것을 해결하기 위해 정의된 것이 Comparator<T> 인터페이스 입니다.

interface Comparator<T>{
    int compare(T obj1, T obj2);
    boolean equals(Object obj);
}

위의 인터페이스 중에서 equals 메서드는 신경쓰지 않아도 됩니다.
해당 인터페이스를 구현하는 모든 클래스는 Object 클래스를 상속하기 때문에
Object 클래스의 equals 메서드 위의 equals 메서드를 구현하는 꼴이 됩니다.

즉 우리는 compare 메서드만 신경쓰면 됩니다.
compare 메서드의 구현 방법은 compareTo 메서드의 구현방법과 유사합니다.
obj1이 크면 양수, obj2가 크면 음수, 같으면 0을 반환합니다.
크고 작음의 기준은 프로그래머가 정의합니다.

예제를 보겠습니다.

import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Comparator;

class StrLenComparator implements Comparator<String>{
    public int compare(String str1, String str2){
        if(str1.length()>str2.length()){
            return 1;
        }else if(str1.length()<str2.length()){
            return -1;
        }else{
            return 0;
        }

        // return str1.length()-str2.length();
    }
}

class IntroComparator{
    public static void main(String[] args){
        TreeSet<String> tSet = new TreeSet<String>(new StrLenComparator());

        tSet.add("Orange");
        tSet.add("Apple");
        tSet.add("Dog");
        tSet.add("Individual");

        Iterator<MyString> itr = tSet.iterator();
        while(itr.hasNext()){
            System.out.println(itr.next());
        }
    }
}

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Min Hyung

Java(51) - 자바 Set 인터페이스 보충

1. Set 인터페이스의 특성과 HashSet 클래스Permalink

2. 해시 알고리즘과 hashcCode 메서드Permalink

3. TreeSet 클래스의 이해와 활용Permalink

4. Comparable 인터페이스 구현Permalink

5. Comparator 인테페이스를 기반으로 TreeSet의 정렬 기준 제시하기Permalink

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참고

Android(12) - 다이얼로그

Android(11) - API 레벨 & 퍼미션 설정

Android(10) - 리소스(1)

Android(9) - 이벤트 처리(1)