컬렉션 및 데이터 구조

  • 아티클

비슷한 데이터는 컬렉션으로 저장 및 조작하면 보다 효율적으로 처리할 수 있는 경우가 많습니다. System.Array 클래스 또는 System.Collections, System.Collections.Generic, System.Collections.Concurrent 및 System.Collections.Immutable 네임스페이스의 클래스를 사용하여 개별 요소나 컬렉션 내의 요소 범위를 추가, 제거 및 수정할 수 있습니다.

컬렉션에는 제네릭 컬렉션과 제네릭이 아닌 컬렉션의 두 가지 기본 유형이 있습니다. 제네릭 컬렉션은 컴파일 타임 시 형식이 안전합니다. 이로 인해 제네릭 컬렉션은 일반적으로 성능이 더 뛰어납니다. 제네릭 컬렉션은 생성 시 형식 매개 변수를 허용하며, 컬렉션에서 항목을 추가하거나 제거할 때 Object 형식과의 캐스팅을 수행하지 않아도 됩니다. 또한 대부분의 제네릭 컬렉션은 Windows 스토어 앱에서 지원됩니다. 제네릭이 아닌 컬렉션은 항목을 Object로 저장하며, 캐스팅을 수행해야 합니다. 또한 이러한 컬렉션은 대부분 Windows 스토어 앱 개발용으로 지원되지 않습니다. 그러나 이전 코드에는 제네릭이 아닌 컬렉션이 포함되어 있는 경우도 있습니다.

.NET Framework 4부터 System.Collections.Concurrent 네임스페이스의 컬렉션은 여러 스레드에서 컬렉션 항목에 액세스하기 위한 효율적이고 스레드로부터 안전한 작업을 제공합니다. System.Collections.Immutable 네임스페이스에서 사용되는 변경할 수 없는 컬렉션 클래스(NuGet 패키지)는 기본적으로 스레드로부터 안전합니다. 작업이 원본 컬렉션의 복사본에 대해 수행되며 원본 컬렉션은 수정할 수 없기 때문입니다.

일반 컬렉션 기능

모든 컬렉션에서는 컬렉션의 항목을 추가, 제거 또는 찾는 방법을 제공합니다. 또한 직접/간접적으로 ICollection 인터페이스 또는 ICollection<T> 인터페이스 공유를 구현하는 모든 컬렉션은 다음 기능을 공유합니다.

  • 컬렉션을 열거하는 기능

    .NET 컬렉션은 System.Collections.IEnumerable 또는 System.Collections.Generic.IEnumerable<T>을 구현하므로 컬렉션을 반복할 수 있습니다. 열거자는 컬렉션의 모든 요소에 대한 이동 가능 포인터라고 할 수 있습니다. foreach, in statement 및 For Each... Next 문은 메서드에 의해 GetEnumerator 노출되는 열거자를 사용하고 열거자를 조작하는 복잡성을 숨깁니다. 또한 System.Collections.Generic.IEnumerable<T>을 구현하는 모든 컬렉션은 쿼리 가능 형식으로 간주할 수 있으며 LINQ를 사용하여 쿼리할 수 있습니다. LINQ 쿼리는 데이터 액세스를 위한 일반 패턴을 제공합니다. 이러한 쿼리는 대개 표준 foreach 루프보다 간결하고 읽기 쉬우며 필터링, 순서 지정 및 그룹화 기능을 제공합니다. 또한 LINQ 쿼리를 통해 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 자세한 내용은 LINQ to Objects(C#), LINQ to Objects(Visual Basic), PLINQ (병렬 LINQ), LINQ 쿼리 소개(C#) 및 기본 쿼리 작업(Visual Basic)을 참조하세요.

  • 컬렉션의 내용을 배열에 복사하는 기능

    CopyTo 메서드를 사용하면 컬렉션을 배열에 복사할 수 있습니다. 그러나 새 배열의 요소 순서는 열거자가 요소를 반환하는 순서를 기준으로 합니다. 결과 배열은 항상 1차원이며 하한은 0입니다.

또한 다수의 컬렉션 클래스에는 다음 기능도 포함되어 있습니다.

  • Capacity 및 Count 속성

    컬렉션의 용량은 컬렉션에 포함할 수 있는 요소의 수이고, 컬렉션의 카운트는 컬렉션에 실제로 포함되어 있는 요소의 수입니다. 용량이나 카운트 중 하나 또는 둘 다를 숨기는 컬렉션도 있습니다.

    대부분의 컬렉션은 현재 용량에 도달하면 자동으로 용량을 확장합니다. 이때 메모리가 다시 할당되며 요소는 이전 컬렉션에서 새 컬렉션으로 복사됩니다. 따라서 컬렉션을 사용하는 데 필요한 코드는 감소하지만 컬렉션 성능이 저하될 수 있습니다. 예를 들어 List<T>의 경우 Count가 Capacity보다 작으면 항목을 추가하는 것은 O(1) 작업이 됩니다. 새 요소를 포함할 수 있도록 용량을 늘려야 하는 경우 항목을 추가하는 것은 O(n) 작업이 됩니다. 여기서 n은 Count입니다. 메모리가 여러 번 다시 할당되어 성능이 저하되는 현상을 방지하는 가장 좋은 방법은 초기 용량을 컬렉션의 예상 크기로 설정하는 것입니다.

    BitArray는 해당 용량과 길이 및 카운트가 모두 같은 특수한 경우입니다.

  • 일관된 하한

    컬렉션의 하한은 첫 번째 요소의 인덱스입니다. System.Collections 네임스페이스의 모든 인덱싱된 컬렉션은 하한이 0입니다(0부터 인덱싱됨). Array의 기본 하한은 0이지만 Array.CreateInstance를 사용하여 Array 클래스의 인스턴스를 만들 때 다른 하한을 정의할 수 있습니다.

  • 여러 스레드로부터의 액세스를 위한 동기화(System.Collections 클래스에만 해당됨).

    네임스페이 System.Collections 스의 제네릭이 아닌 컬렉션 형식은 동기화를 통해 스레드 보안을 제공합니다. 일반적으로 및 IsSynchronized 멤버를 SyncRoot 통해 노출됩니다. 이러한 컬렉션은 기본적으로 스레드로부터 안전하지 않습니다. 확장 가능하며 효율적인 다중 스레드 방식으로 컬렉션에 액세스해야 하는 경우에는 System.Collections.Concurrent 네임스페이스의 클래스 중 하나를 사용하거나 변경할 수 없는 컬렉션을 사용하는 것이 좋습니다. 자세한 내용은 스레드로부터 안전한 컬렉션을 참조하세요.

컬렉션 선택

일반적으로는 제네릭 컬렉션을 사용해야 합니다. 다음 표에는 몇 가지 일반적인 컬렉션 시나리오와 이러한 시나리오에서 사용할 수 있는 컬렉션 클래스에 대해 설명합니다. 제네릭 컬렉션을 처음 사용하는 경우 이 표의 내용을 참조하여 작업에 가장 적합한 제네릭 컬렉션을 선택할 수 있습니다.

수행할 작업 제네릭 컬렉션 옵션 제네릭이 아닌 컬렉션 옵션 스레드로부터 안전하거나 변경할 수 없는 컬렉션 옵션
키별로 빠르게 조회할 수 있도록 항목을 키/값 쌍으로 저장 Dictionary<TKey,TValue> Hashtable

(키의 해시 코드를 기준으로 구성되는 키/값 쌍 컬렉션)		 ConcurrentDictionary<TKey,TValue>

ReadOnlyDictionary<TKey,TValue>

ImmutableDictionary<TKey,TValue>
인덱스별로 항목 액세스 List<T> Array

ArrayList		 ImmutableList<T>

ImmutableArray
FIFO(선입 선출) 방식으로 항목 사용 Queue<T> Queue ConcurrentQueue<T>

ImmutableQueue<T>
LIFO(후입 선출) 방식으로 데이터 사용 Stack<T> Stack ConcurrentStack<T>

ImmutableStack<T>
순서대로 항목 액세스 LinkedList<T> 권장 사항 없음 권장 사항 없음
항목을 컬렉션에 추가하거나 컬렉션에서 제거할 때 알림이 표시됩니다. (INotifyPropertyChanged 및 INotifyCollectionChanged 구현) ObservableCollection<T> 권장 사항 없음 권장 사항 없음
정렬된 컬렉션 SortedList<TKey,TValue> SortedList ImmutableSortedDictionary<TKey,TValue>

ImmutableSortedSet<T>
수학 함수용 집합 HashSet<T>

SortedSet<T>		 권장 사항 없음 ImmutableHashSet<T>

ImmutableSortedSet<T>

컬렉션의 알고리즘 복잡성

컬렉션 클래스를 선택할 때 성능과 관련된 잠재적 장단점을 고려하는 것이 좋습니다. 다음 표에서 변경 가능한 다양한 컬렉션 형식이 상응하는 변경할 수 없는 컬렉션과 알고리즘 복잡성이 어떻게 다른지 참조하세요. 종종 변경할 수 없는 컬렉션 형식은 성능이 떨어지지만 불변성 덕분에 상대적으로 유효한 이익이 되는 경우가 많습니다.

변경 가능 분할 최악의 경우 변경할 수 없음 복잡성
Stack<T>.Push O(1) O(n) ImmutableStack<T>.Push O(1)
Queue<T>.Enqueue O(1) O(n) ImmutableQueue<T>.Enqueue O(1)
List<T>.Add O(1) O(n) ImmutableList<T>.Add O(log n)
List<T>.Item[Int32] O(1) O(1) ImmutableList<T>.Item[Int32] O(log n)
List<T>.Enumerator O(n) O(n) ImmutableList<T>.Enumerator O(n)
HashSet<T>.Add, lookup O(1) O(n) ImmutableHashSet<T>.Add O(log n)
SortedSet<T>.Add O(log n) O(n) ImmutableSortedSet<T>.Add O(log n)
Dictionary<T>.Add O(1) O(n) ImmutableDictionary<T>.Add O(log n)
Dictionary<T> lookup O(1) O(1) – 또는 엄격하게 O(n) ImmutableDictionary<T> lookup O(log n)
SortedDictionary<T>.Add O(log n) O(n log n) ImmutableSortedDictionary<T>.Add O(log n)

List<T>는 for 루프 또는 foreach 루프를 사용하여 효율적으로 열거할 수 있습니다. 그러나 ImmutableList<T>는 인덱서의 O(log n) 시간 때문에 for 루프 내에서 작업이 제대로 수행되지 않습니다. foreach 루프를 사용하여 ImmutableList<T>를 열거하면 효과적인데, ImmutableList<T>는 List<T>에서 사용하는 것과 같은 단순 배열이 아니라 이진 트리를 사용하여 데이터를 저장하기 때문입니다. 배열은 매우 빠르게 인덱싱할 수 있는 반면 이진 트리는 필요한 인덱스가 있는 노드를 찾을 때까지 검사해야 합니다.

또한 SortedSet<T>는 ImmutableSortedSet<T>와 복잡성이 같습니다. 둘 다 이진 트리를 사용하기 때문입니다. 물론 중요한 차이점은 ImmutableSortedSet<T>는 변경 불가능한 이진 트리를 사용한다는 것입니다. ImmutableSortedSet<T>는 변경을 허용하는 System.Collections.Immutable.ImmutableSortedSet<T>.Builder 클래스도 제공하므로 불변성과 성능을 모두 얻을 수 있습니다.

제목 설명
Collection 클래스 선택 다양한 컬렉션에 대해 설명하고 시나리오에 맞는 컬렉션을 선택하는 데 도움이 되는 정보를 제공합니다.
일반적으로 사용되는 컬렉션 형식 System.Array, System.Collections.Generic.List<T> 및 System.Collections.Generic.Dictionary<TKey,TValue>와 같이 일반적으로 사용되는 제네릭 및 제네릭이 아닌 컬렉션 형식을 설명합니다.
제네릭 컬렉션 사용 기준 제네릭 컬렉션 형식의 사용을 설명합니다.
컬렉션 내에서 비교 및 정렬 컬렉션에서 같음 비교 및 정렬 비교를 사용하는 방법을 설명합니다.
Sorted 컬렉션 형식 정렬된 컬렉션의 성능 및 특징에 대해 설명합니다.
Hashtable 및 Dictionary 컬렉션 형식 제네릭 및 제네릭이 아닌 해시 기반 사전 형식의 기능을 설명합니다.
스레드로부터 안전한 컬렉션 여러 스레드의 안전하고 효율적인 동시 액세스를 지원하는 System.Collections.Concurrent.BlockingCollection<T>과 System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<T> 같은 컬렉션 형식에 대해 설명합니다.
System.Collections.Immutable 변경 불가능은 컬렉션을 소개하고 컬렉션 형식에 대한 링크를 제공합니다.

참고

System.Array System.Collections System.Collections.Concurrent System.Collections.Generic System.Collections.Specialized System.Linq System.Collections.Immutable