값 목록 저장하기: 벡터 사용
첫 번째로 살펴볼 컬렉션 타입은 Vec<T>로, 일반적으로 _벡터_라고 부른다. 벡터는 여러 값을 단일 데이터 구조에 저장할 수 있게 해주며, 모든 값이 메모리 상에서 서로 인접하게 배치된다. 벡터는 동일한 타입의 값만 저장할 수 있다. 파일의 텍스트 줄이나 쇼핑 카트에 담긴 상품의 가격과 같은 목록을 다룰 때 유용하게 사용할 수 있다.
새로운 벡터 생성하기
비어 있는 새로운 벡터를 생성하려면 Vec::new 함수를 호출한다. 아래 예제 8-1에서 이를 확인할 수 있다.
fn main() { let v: Vec<i32> = Vec::new(); }
i32 타입의 값을 담을 새로운 빈 벡터 생성여기서 타입 어노테이션을 추가한 점에 주목하자. 벡터에 어떤 값도 삽입하지 않았기 때문에 Rust는 어떤 타입의 요소를 저장할지 알 수 없다. 이는 중요한 포인트다. 벡터는 제네릭을 사용해 구현된다. 제네릭을 사용자 정의 타입과 함께 사용하는 방법은 10장에서 다룬다. 지금은 표준 라이브러리에서 제공하는 Vec<T> 타입이 어떤 타입이든 담을 수 있다는 점만 기억하자. 특정 타입의 값을 담는 벡터를 생성할 때는 꺾쇠 괄호 안에 타입을 명시할 수 있다. 예제 8-1에서는 v의 Vec<T>가 i32 타입의 요소를 담을 것이라고 Rust에게 알렸다.
대부분의 경우 초기값을 가진 Vec<T>를 생성하면 Rust가 저장하려는 값의 타입을 추론하므로, 타입 어노테이션을 추가할 필요가 거의 없다. Rust는 편리하게 vec! 매크로를 제공한다. 이 매크로는 주어진 값들을 담는 새로운 벡터를 생성한다. 예제 8-2는 1, 2, 3 값을 담는 새로운 Vec<i32>를 생성한다. 정수 타입은 i32로 추론된다. 이는 기본 정수 타입이기 때문이며, 3장의 “데이터 타입” 섹션에서 다룬 바 있다.
fn main() { let v = vec![1, 2, 3]; }
초기 i32 값을 제공했기 때문에 Rust는 v의 타입이 Vec<i32>임을 추론할 수 있다. 따라서 타입 어노테이션은 필요하지 않다. 다음으로 벡터를 수정하는 방법을 살펴본다.
벡터 업데이트
벡터를 생성한 후 요소를 추가하려면 push 메서드를 사용할 수 있다. 이를 보여주는 예제는 Listing 8-3과 같다.
fn main() { let mut v = Vec::new(); v.push(5); v.push(6); v.push(7); v.push(8); }
push 메서드 사용다른 변수와 마찬가지로, 값을 변경할 수 있게 하려면 mut 키워드를 사용해 변수를 가변으로 만들어야 한다. 이는 3장에서 다룬 내용이다. 벡터에 추가하는 숫자들은 모두 i32 타입이며, Rust는 데이터로부터 이를 추론하므로 Vec<i32> 타입을 명시적으로 지정할 필요가 없다.
벡터의 요소 읽기
벡터에 저장된 값에 접근하는 방법은 두 가지가 있다: 인덱싱을 사용하거나 get 메서드를 사용하는 것이다. 다음 예제에서는 각 함수가 반환하는 값의 타입을 명확히 보여주기 위해 주석을 추가했다.
리스트 8-4에서는 인덱싱 문법과 get 메서드를 사용해 벡터의 값에 접근하는 두 가지 방법을 보여준다.
fn main() { let v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; let third: &i32 = &v[2]; println!("The third element is {third}"); let third: Option<&i32> = v.get(2); match third { Some(third) => println!("The third element is {third}"), None => println!("There is no third element."), } }
get 메서드를 사용해 벡터의 항목에 접근하기여기서 몇 가지 세부 사항을 주목하자. 벡터는 0부터 시작하는 숫자로 인덱싱되기 때문에 세 번째 요소를 가져오기 위해 인덱스 값 2를 사용한다. &와 []를 사용하면 해당 인덱스 값에 있는 요소에 대한 참조를 얻는다. get 메서드를 사용하고 인덱스를 인자로 전달하면 Option<&T>를 얻을 수 있으며, 이를 match와 함께 사용할 수 있다.
Rust는 요소를 참조하는 이 두 가지 방법을 제공하므로, 기존 요소의 범위를 벗어난 인덱스 값을 사용하려고 할 때 프로그램이 어떻게 동작할지 선택할 수 있다. 예를 들어, 다섯 개의 요소가 있는 벡터에서 인덱스 100에 있는 요소에 접근하려고 할 때 각 방법으로 어떤 일이 발생하는지 살펴보자. 이는 리스트 8-5에 나와 있다.
fn main() { let v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; let does_not_exist = &v[100]; let does_not_exist = v.get(100); }
이 코드를 실행하면 첫 번째 [] 메서드는 존재하지 않는 요소를 참조하기 때문에 프로그램이 패닉 상태에 빠진다. 이 메서드는 벡터의 끝을 넘어서는 요소에 접근하려고 할 때 프로그램이 강제로 종료되기를 원할 때 가장 적합하다.
get 메서드에 벡터의 범위를 벗어난 인덱스를 전달하면 패닉 없이 None을 반환한다. 이 메서드는 벡터의 범위를 벗어난 요소에 접근하는 일이 정상적인 상황에서 가끔 발생할 수 있을 때 사용한다. 그러면 코드는 Some(&element) 또는 None을 처리하는 로직을 갖게 된다. 이는 6장에서 다룬 내용이다. 예를 들어, 인덱스가 사용자가 입력한 숫자일 수 있다. 사용자가 실수로 너무 큰 숫자를 입력하고 프로그램이 None 값을 얻으면, 현재 벡터에 몇 개의 항목이 있는지 사용자에게 알려주고 유효한 값을 다시 입력할 기회를 줄 수 있다. 이는 오타로 인해 프로그램이 강제 종료되는 것보다 더 사용자 친화적이다.
프로그램이 유효한 참조를 가지고 있으면, 빌림 검사기는 소유권과 빌림 규칙(4장에서 다룸)을 적용해 이 참조와 벡터의 내용에 대한 다른 참조가 계속 유효한지 확인한다. 동일한 스코프에서 가변 참조와 불변 참조를 동시에 가질 수 없다는 규칙을 기억하자. 이 규칙은 리스트 8-6에 적용된다. 여기서는 벡터의 첫 번째 요소에 대한 불변 참조를 가지고 있는 상태에서 벡터의 끝에 요소를 추가하려고 한다. 이 프로그램은 나중에 함수에서 해당 요소를 참조하려고 하면 작동하지 않는다.
fn main() {
let mut v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
let first = &v[0];
v.push(6);
println!("The first element is: {first}");
}이 코드를 컴파일하면 다음과 같은 오류가 발생한다:
$ cargo run
Compiling collections v0.1.0 (file:///projects/collections)
error[E0502]: cannot borrow `v` as mutable because it is also borrowed as immutable
--> src/main.rs:6:5
|
4 | let first = &v[0];
| - immutable borrow occurs here
5 |
6 | v.push(6);
| ^^^^^^^^^ mutable borrow occurs here
7 |
8 | println!("The first element is: {first}");
| ------- immutable borrow later used here
For more information about this error, try `rustc --explain E0502`.
error: could not compile `collections` (bin "collections") due to 1 previous error
리스트 8-6의 코드는 작동할 것처럼 보일 수 있다: 첫 번째 요소에 대한 참조가 벡터의 끝에서 발생하는 변경 사항을 왜 신경 써야 할까? 이 오류는 벡터가 작동하는 방식 때문에 발생한다. 벡터는 메모리에 값을 연속적으로 배치하기 때문에, 벡터가 현재 저장된 공간에 모든 요소를 연속적으로 배치할 수 있는 충분한 공간이 없으면, 벡터의 끝에 새로운 요소를 추가하기 위해 새로운 메모리를 할당하고 기존 요소를 새로운 공간으로 복사해야 할 수 있다. 그런 경우, 첫 번째 요소에 대한 참조는 할당 해제된 메모리를 가리키게 된다. 빌림 규칙은 프로그램이 이런 상황에 빠지는 것을 방지한다.
참고:
Vec<T>타입의 구현 세부 사항에 대해 더 알고 싶다면 “The Rustonomicon”을 참고하자.
벡터의 값에 순차적으로 접근하기
벡터의 각 요소에 하나씩 접근하기 위해 인덱스를 사용하는 대신, 모든 요소를 순회하는 방법을 사용할 수 있다. 예제 8-7은 i32 타입의 벡터에서 각 요소에 대한 불변 참조를 얻고 출력하는 방법을 보여준다.
fn main() { let v = vec![100, 32, 57]; for i in &v { println!("{i}"); } }
for 루프를 사용해 벡터의 각 요소를 순회하며 출력하기또한, 가변 벡터의 각 요소에 대한 가변 참조를 순회하며 모든 요소를 변경할 수도 있다. 예제 8-8의 for 루프는 각 요소에 50을 더한다.
fn main() { let mut v = vec![100, 32, 57]; for i in &mut v { *i += 50; } }
가변 참조가 가리키는 값을 변경하려면, += 연산자를 사용하기 전에 * 역참조 연산자를 사용해 i의 값을 얻어야 한다. 역참조 연산자에 대해서는 15장의 “포인터를 따라가 값에 접근하기” 섹션에서 더 자세히 다룬다.
불변이든 가변이든 벡터를 순회하는 것은 빌림 검사기의 규칙 덕분에 안전하다. 예제 8-7과 예제 8-8의 for 루프 본문에서 요소를 삽입하거나 제거하려고 하면, 예제 8-6에서와 유사한 컴파일러 오류가 발생한다. for 루프가 벡터에 대한 참조를 유지하고 있기 때문에, 벡터 전체를 동시에 수정할 수 없다.
여러 타입을 저장하기 위해 열거형 사용하기
벡터는 동일한 타입의 값만 저장할 수 있다. 이는 불편할 수 있으며, 다양한 타입의 항목을 저장해야 하는 경우가 분명히 존재한다. 다행히도, 열거형의 각 변형(variant)은 동일한 열거형 타입 아래에 정의되므로, 서로 다른 타입의 요소를 표현해야 할 때 열거형을 정의하고 사용할 수 있다.
예를 들어, 스프레드시트의 한 행에서 값을 가져오려고 하는데, 해당 행의 일부 컬럼에는 정수, 일부는 부동소수점 숫자, 일부는 문자열이 포함되어 있다고 가정해 보자. 각 변형이 서로 다른 값 타입을 보유할 수 있는 열거형을 정의할 수 있으며, 모든 열거형 변형은 동일한 타입(열거형 타입)으로 간주된다. 그런 다음 해당 열거형을 보유할 벡터를 생성하여 궁극적으로 다양한 타입을 저장할 수 있다. 이를 Listing 8-9에서 보여준다.
fn main() { enum SpreadsheetCell { Int(i32), Float(f64), Text(String), } let row = vec![ SpreadsheetCell::Int(3), SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")), SpreadsheetCell::Float(10.12), ]; }
enum 정의하기Rust는 컴파일 타임에 벡터에 어떤 타입이 들어갈지 알아야 각 요소를 저장하기 위해 힙에 얼마나 많은 메모리가 필요한지 정확히 알 수 있다. 또한 이 벡터에 어떤 타입이 허용되는지 명시적으로 지정해야 한다. 만약 Rust가 벡터가 모든 타입을 보유할 수 있도록 허용한다면, 벡터의 요소에 대해 수행되는 연산에서 하나 이상의 타입이 오류를 일으킬 가능성이 있다. 열거형과 match 표현식을 사용하면 Rust가 컴파일 타임에 모든 가능한 경우가 처리되도록 보장한다. 이는 6장에서 논의한 바와 같다.
만약 프로그램이 런타임에 벡터에 저장할 타입의 전체 집합을 알지 못한다면, 열거형 기법은 작동하지 않는다. 대신 트레이트 객체(trait object)를 사용할 수 있으며, 이는 18장에서 다룰 예정이다.
이제 벡터를 사용하는 가장 일반적인 방법 몇 가지를 논의했으니, 표준 라이브러리에서 Vec<T>에 정의된 다양한 유용한 메서드에 대한 API 문서를 꼭 확인해 보자. 예를 들어, push 외에도 pop 메서드는 마지막 요소를 제거하고 반환한다.
벡터가 사라지면 요소들도 함께 사라진다
다른 struct와 마찬가지로, 벡터도 범위를 벗어나면 메모리에서 해제된다. 이 내용은 Listing 8-10에 표시되어 있다.
fn main() { { let v = vec![1, 2, 3, 4]; // do stuff with v } // <- v goes out of scope and is freed here }
벡터가 메모리에서 해제되면, 그 안에 담긴 모든 요소들도 함께 해제된다. 즉, 벡터가 갖고 있던 정수들도 정리된다. 빌림 검사기는 벡터가 유효한 동안에만 벡터의 요소들에 대한 참조가 사용되도록 보장한다.
이제 다음 컬렉션 타입인 String으로 넘어가보자!