소개
C/C++ 개발자가 C#으로 전환할 때 흔히 겪는 혼란 중 하나는 다차원 배열과 가변 배열의 차이점입니다. 얼핏 보면 비슷해 보이는 이 두 배열 유형은 내부 구현과 성능 특성에서 중요한 차이를 보입니다.
사실 저 역시 이러한 혼란을 겪은 경험이 있습니다. 오랫동안 다차원 배열을 사용한다고 생각하며 실제로는 가변 배열을 사용해왔죠. 이런 착오는 C/C++을 먼저 접한 개발자들 사이에서 흔히 발생할 수 있는 문제라고 생각합니다.
이에 이 글에서는 C#의 다차원 배열과 가변 배열을 깊이 있게 비교 분석하고자 합니다. 각 유형의 특성과 최적의 사용 사례를 살펴봄으로써, 다른 개발자들이 제가 겪은 혼란을 피하고 더 효율적인 코드를 작성하는 데 도움이 되길 바랍니다.
기본 개념
다차원 배열 (Multidimensional Array)
C#의 다차원 배열은 수학적 행렬과 유사한 구조를 가집니다. 모든 차원의 크기가 컴파일 시간 또는 초기화 시점에 결정되며, 연속된 메모리 블록에 저장됩니다.
int[,] matrix = new int[3, 4]; // 3x4 2차원 배열
C#
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가변 배열 (Jagged Array)
가변 배열은 '배열의 배열'입니다. 최상위 배열은 고정 크기를 가지지만, 각 요소는 독립적인 배열을 참조할 수 있어 다양한 길이의 하위 배열을 포함할 수 있습니다.
int[][] jaggedArray = new int[3][]; // 3개의 배열을 포함하는 배열
jaggedArray[0] = new int[4];
jaggedArray[1] = new int[2];
jaggedArray[2] = new int[5];
C#
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선언 및 초기화
다차원 배열
// 선언과 동시에 초기화
int[,] matrix = new int[,]
{
{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}
};
// 나중에 초기화
int[,] laterInitMatrix = new int[3, 3];
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
for (int j = 0; j < 3; j++)
{
laterInitMatrix[i, j] = i * 3 + j + 1;
}
}
C#
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가변 배열
// 선언과 동시에 초기화
int[][] jaggedArray = new int[][]
{
new int[] {1, 2, 3},
new int[] {4, 5},
new int[] {6, 7, 8, 9}
};
// 나중에 초기화
int[][] laterInitJaggedArray = new int[3][];
laterInitJaggedArray[0] = new int[] {1, 2, 3};
laterInitJaggedArray[1] = new int[] {4, 5};
laterInitJaggedArray[2] = new int[] {6, 7, 8, 9};
C#
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메모리 구조 및 성능 특성
다차원 배열
다차원 배열은 연속된 메모리 블록에 저장됩니다. 이는 캐시 친화적인 구조로, 특히 행 우선 순회에서 높은 성능을 보입니다.
메모리 레이아웃 (3x3 배열):
[1][2][3][4][5][6][7][8][9]
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성능 특성:
1.
메모리 액세스: 연속된 메모리 덕분에 빠른 액세스 가능
2.
캐시 효율성: 높음 (특히 행 우선 순회시)
3.
크기 변경: 불가능 (새 배열 생성 필요)
가변 배열
가변 배열은 포인터 배열과 실제 데이터 배열로 구성됩니다. 각 하위 배열은 독립적인 메모리 블록에 할당됩니다.
메모리 레이아웃:
[ptr1][ptr2][ptr3] // 최상위 배열
| | |
v v v
[1][2][3] [6][7][8][9]
[4][5]
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성능 특성:
1.
메모리 액세스: 간접 참조로 인해 다차원 배열보다 느림
2.
캐시 효율성: 낮음 (메모리 지역성 부족)
3.
크기 변경: 개별 하위 배열 크기 변경 가능
사용 사례 및 권장 사항
다차원 배열 사용이 적합한 경우:
1.
고정된 크기의 행렬 연산 (예: 이미지 처리, 그래픽스)
2.
모든 차원의 크기가 균일한 데이터 구조
3.
캐시 효율성이 중요한 대규모 수치 계산
// 이미지 처리 예시
int[,] image = new int[1024, 768]; // 1024x768 픽셀 이미지
for (int y = 0; y < image.GetLength(0); y++)
{
for (int x = 0; x < image.GetLength(1); x++)
{
image[y, x] = ProcessPixel(x, y);
}
}
C#
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가변 배열 사용이 적합한 경우:
1.
각 행의 길이가 다른 데이터 구조 (예: 희소 행렬)
2.
동적으로 크기가 변하는 데이터
3.
메모리 사용 최적화가 필요한 경우
// 희소 행렬 표현 예시
int[][] sparseMatrix = new int[1000][];
for (int i = 0; i < sparseMatrix.Length; i++)
{
sparseMatrix[i] = new int[GetNonZeroCount(i)]; // 각 행의 비-0 요소 수에 따라 크기 결정
}
C#
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결론
C#의 다차원 배열과 가변 배열은 각각 고유한 특성과 장단점을 가지고 있습니다. 다차원 배열은 균일하고 고정된 크기의 데이터를 다룰 때 메모리 효율성과 캐시 성능에서 이점을 제공합니다. 반면 가변 배열은 불규칙한 구조의 데이터나 동적으로 크기가 변하는 데이터를 다룰 때 유연성을 제공합니다.
개발자는 프로젝트의 요구사항, 데이터 구조, 그리고 성능 요구사항을 고려하여 적절한 배열 유형을 선택해야 합니다. 최적의 선택은 특정 사용 사례와 맥락에 따라 달라질 수 있으며, 때로는 두 유형을 혼합하여 사용하는 것이 최선의 해결책이 될 수 있습니다.
C/C++ 개발자들이 C#으로 전환할 때, 이러한 차이점을 이해하고 적절히 활용한다면 더 효율적이고 유지보수가 용이한 코드를 작성할 수 있을 것입니다.
참고
•
박상현, "이것이 C#이다", 한빛미디어, 2023
