I'm taehee.won.

 지금까지 만든 스택 연결 리스트가 올바르게 동작하는지 확인하기 위한 출력 함수를 구현하였다.

스택 연결 리스트의 데이터의 입력, 출력이 일어날 Top 의 위치, 데이터를 출력한다.

 스택 연결 리스트의 선언부 이다.(Stack.h)

 스택 연결 리스트의 생성과 관련된 함수(ifCreateStackLinkedList), 소멸과 관련된 함수(ifDestroyStackLinkedList), 기본 기능과 관련된 함수(vfPushStackLinkedList, unfPopStackLinkedList, unfTopStackLinkedList, ifEmptyStackLinkedList) 로 이루어져 있다. 필요에 따라 함수를 수정, 추가, 구현하거나, 저장되는 자료형을 추가한 후, 생성함수를 수정하여 사용할 수 있다.

 스택 연결 리스트의 구현부 이다.(Stack.c)

 마지막으로 스택 연결 리스트를 사용하는 예제이다.

 vfPrintStackLinkedList 함수가 호출되는 시점을 기준으로 다음과 같이 3 단계로 나눌 수 있다.

1 단계 : 스택을 생성한 후, "1, 2, 3, 4, 5" 를 스택에 Push(데이터 저장)

2 단계 : 스택에서 2 번 Pop(데이터 제거)

3 단계 : 스택의 가장 마지막 데이터 출력

 연결 리스트 (Linked List) 로 스택을 구현하려 한다. 연결 리스트로 스택을 구현하면, 배열 스택의 단점인 고정된 데이터 저장 공간이라는 점을 극복할 수 있다. 아래의 그림과 같이 스택을 연결 리스트로 구현할 것이다. 단순 연결 리스트 (Single Linked List) 로 구현하되, 마지막 노드를 가리키는 포인터 변수를 저장하여 Push 와 Pop 연산시, 마지막 노드를 탐색하는 시간을 줄이도록 한다.

  다음은 스택 연결 리스트 구조체의 선언이다.

 데이터가 저장되는 리스트의 첫번째 노드, 마지막 노드를 가리키는 포인터 변수를 저장한다.

 다음은 스택 연결 리스트의 생성 함수, 스택 연결 리스트의 사용이 끝났을 때, 해당 메모리를 반환하는 함수이다.

 다음은 스택의 기능인 Push(데이터 저장), Pop(데이터 제거), Top, Empty 함수이다.

 가장 위의 그림에서 보여준 것과 같이 기능을 구현하였다. 단순 연결 리스트는 이전에 구현하였으므로, 구현해놓은 헤더파일(SingleLinkedList.h) 을 포함시켜서 이용하였다. Push(데이터 저장), Pop(데이터 제거) 함수는 기능상 동일하나, 단순 연결 리스트이므로, Pop 시에 이전 노드를 가리키기 위한 연산이 추가되었다. 이 연산을 더 효율적으로 하기 위해서는 이중 연결 리스트 (Double Linked List) 로 구현하면 된다.

 연결 리스트 스택은 배열 스택과 달리 스택이 Full 인지를 확인할 필요가 없다. 메모리를 데이터에 맞게 할당받아 저장하기 때문에 필요에 따라 계속해서 데이터를 저장할 수 있다.

 지금까지 만든 스택 배열이 올바르게 동작하는지 확인하기 위한 출력 함수를 구현하였다.

 스택 배열의 크기, 데이터의 입력, 출력이 일어날 Top 의 위치, 데이터를 출력한다.

 스택 배열의 선언부 이다.(Stack.h)

 스택 배열의 생성과 관련된 함수(ifCreateStackArray), 소멸과 관련된 함수(ifDestroyStackArray), 기본 기능과 관련된 함수(ifPushStackArray, unfPopStackArray, unfTopStackArray, ifEmptyFullStackArray) 로 이루어져 있다. 필요에 따라 함수를 수정, 추가, 구현하거나, 저장되는 자료형을 추가한 후, 생성함수를 수정하여 사용할 수 있다.

 스택 배열의 구현부 이다.(Stack.c)

 마지막으로 그 동안 구현한 스택 배열을 사용하는 예제이다.

 vfPrintStackArray 함수가 호출되는 시점을 기준으로 다음과 같이 3 단계로 나눌 수 있다.

1 단계 : 배열의 크기를 10 으로 스택을 생성한 후, "1, 2, 3, 4, 5" 를 스택에 Push(데이터 저장)

2 단계 : 스택에서 2 번 Pop(데이터 제거)

3 단계 : 스택의 가장 마지막 데이터 출력

 이해하기 쉬운 배열로 스택을 구현하려 한다. 배열로 스택을 구현하면, 데이터에 접근하기가 쉽고, 구현이 간단하다는 장점이 있다. 하지만, 메모리를 고정하여 사용하기 때문에, 처음에 구성된 스택의 크기를 벗어나는 데이터를 저장할 수 없다는 단점이 있다. 아래의 그림과 같이 스택을 배열로 구현할 것이다. 고정된 크기의 배열을 생성하고, Top 위치를 저장하고 있다가 Push, Pop 등의 연산을 통해 데이터를 저장하고, 제거할 것이다.

 다음은 스택 배열 구조체의 선언이다.

 스택 배열의 크기, 그리고 데이터의 입력, 출력이 일어날 Top 의 위치, 데이터 메모리 주소를 저장한다.

 다음은 스택 배열의 생성 함수, 스택 배열의 사용이 끝났을 때, 해당 메모리를 반환하는 함수이다.

 처음에 요청된 스택 배열의 크기만큼의 데이터 공간을 가지고 있게 된다.

 다음은 스택의 기능인 Push(데이터 저장), Pop(데이터 제거), Top, Empty 함수이다.

 가장 위의 그림에서 보여준 것과 같이 기능을 구현하였다. Push(데이터 저장) 함수는 스택의 데이터 공간의 가장 위에 데이터를 저장하고, 가장 위를 저장하는 변수를 증가시킨다. 반대로 Pop(데이터 제거) 함수는 스택의 데이터 공간의 가장 위의 데이터를 반환하고, 가장 위를 저장하는 변수를 감소시킨다.

 일반적으로 사용되는 함수와 다르게 구현한 부분은 Empty 함수이다. 일반적으로 Empty 인지를 반환하는 함수인데, 여기서는 Empty 와 Full 여부를 반환하도록 구현하였다. 이를 통하여, Push 전에 Full 인지를 확인하여, 스택의 데이터 공간이 모두 사용 중이면, Push 를 하지 않거나, Pop 전에 Empty 인지를 확인하여, 스택의 데이터 공간이 하나도 사용하지 않고 있다면, Pop 을 하지 않는 용도로 사용할 수 있다.

 스택(stack)은 제한적으로 접근할 수 있는 나열 구조이다. 그 접근 방법은 언제나 목록의 끝에서만 일어난다. 끝 먼저 내기 목록(Pushdown list)이라고도 한다. 스택은 한 쪽 끝에서만 자료를 넣거나 뺄 수 있는 선형 구조(FILO - First In Last Out)으로 되어 있다. 자료를 넣는 것을 '밀어넣는다' 하여 푸시(push) 라고 하고 반대로 넣어둔 자료를 꺼내는 것을 팝(pop) 이라고 하는데, 이 때 꺼내지는 자료는 가장 최근에 보관한 자료부터 나오게 된다. 이처럼 나중에 넣은 값이 먼저 나오는 것을 LIFO 구조라고 한다.

(참고 : http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%83%9D)

 데이터를 저장하는 방법인 스택은 FILO(First In Last Out), LIFO(Last In First Out) 으로 불리는데, 먼저 들어간 자료가 나중에 나오고, 나중에 들어간 자료가 먼저 나온다는 의미이다. 스택의 중요 기능으로는, 데이터를 저장하는 Push, 데이터를 빼내는 Pop 이 있다. 아래의 그림과 같이 Push 를 통해 스택에 데이터를 쌓고(저장), Pop 을 통해 스택에서 데이터를 빼내게(삭제) 된다.

 그 밖의 기능으로는 스택이 비어있는지 확인하는 Empty, 스택의 가장 마지막 데이터를 확인하는 Top 이 있다. 기능만 보더라도 스택은 데이터의 입력, 출력이 자유롭지 않다는 것을 알 수 있다. 단지, 가장 마지막에 저장된 데이터만을 사용할 수 있다. 그럼에도 스택은 범용적으로 쓰이는 자료구조이다. 예를 들어, 정적으로 사용되는 자동 메모리도 스택으로 구현되어 있으며, 네트워크 프로토콜들도 대부분 스택으로 구현되어 있다.

 연결 리스트는 배열과 같이 크기가 정해져 있는 자료구조와 달리 메모리를 동적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 반면, 다음 노드를 가리키는 포인터를 저장할 메모리를 사용해야 하기 때문에, 정적인 메모리 사용에 비해 메모리가 추가적으로 필요하다. 이와 같이 장점, 단점을 중심으로 연결 리스트를 비교 분석하려 한다.

 1. 배열 vs 연결 리스트

 아래와 같이 배열은 처음에 할당받은 메모리만큼 사용 할 수 있다. 실제 메모리 주소는 예로 든 그림과 다르지만 이해를 돕기 위해서 그려보았다. 아래와 같이 0x1000 부터 0x1006 까지 할당을 받게 되면, 7개의 영역을 사용할 수 있게 되며, 7개의 영역을 모두 사용하게 되면, 더 이상 메모리를 사용할 수 없게 된다.

 하지만 아래와 같이 메모리를 필요할 때 마다 할당을 받으면, 컴퓨터의 전체 메모리가 허락하는 한 계속해서 자료를 저장할 수 있게 된다. 사용하는 방법은, 0x1000 에 자료 "1" 을 저장하고, 0x1001 에 다음 자료가 저장되는 메모리 주소인 0x1002 를 저장한다. 이와 같은 방식으로 반복해서 메모리를 할당받아 자료를 저장한다.

 위와 같이 연결 리스트는 동적으로 메모리를 사용할 수 있다는 장점이 있지만, 자료를 저장하는 공간 이외에 다음 자료가 저장되는 메모리 주소를 저장함으로써 메모리를 추가적으로 사용한다는 단점이 있다.

 2. 단순 연결 리스트 vs 이중 연결 리스트

 단순 연결 리스트와 이중 연결 리스트는 메모리 주소를 하나 가지고 있느냐, 두개 가지고 있느냐의 차이가 있다. 이로 인해서 나타나는 차이는 노드를 리스트에서 삭제할 때 나타난다.

 위와 같이 단순 연결 리스트에서는 pstSLL_Temp_1 이 가리키는 노드를 삭제하기 위해서는, 리스트의 첫번째 노드에서 부터 탐색하여 pstSLL_Temp_1 의 앞 노드, 그림에서의 pstDLL_Temp_2 를 찾아야한다. 이는 그림에서의 하늘색 포인터를 다시 연결해주어야 하기 때문이다. 이 탐색은 최대 O(n-1) 의 시간을 소비하게 된다.(리스트의 마지막 노드를 삭제할 경우)

 반면, 아래 그림과 같이 이중 연결 리스트는 pstSLL_Temp_1 이 가리키는 노드를 삭제하기 위해 찾아야 하는 pstSLL_Temp_2 를 단 한번만에 찾을 수 있다. 이는 각각의 노드가 리스트에서 자신의 앞 노드를 가리키는 포인터를 가지고 있기 때문이다.

 위와 같이 이중 연결 리스트는 단순 연결 리스트에 비해 리스트에서 노드를 삭제할 때 효율적이라는 장점이 있지만, 하나의 포인터 메모리 공간이 더 사용하기 때문에, 메모리를 추가적으로 사용한다는 단점이 있다.

 3. 이중 연결 리스트 vs 원형 연결 리스트

 이중 연결 리스트와 원형 연결 리스트는 메모리의 사용에서 약간의 차이가 있을 뿐, 기본적인 구조는 차이가 없다. 하지만, 사용의 차이로 인해 리스트에 노드를 추가할 때에 효율이 차이가 나게 된다.

 위와 같이 이중 연결 리스트에서 리스트에 노드를 추가하기 위해서는 리스트의 마지막 노드를 찾아야하고, 이 탐색은 O(n) 의 시간을 소비하게 된다

 반면, 원형 연결 리스트는 아래 그림과 같이, 리스트의 첫번째 노드의 앞 노드를 가리키는 포인터가 이미 리스트의 마지막 노드를 가리키고 있으므로, 이를 찾는 연산이 필요없다.  

 위와 같이 원형 연결 리스트는 구현하는 데에 있어서 조금 어려워진다는 단점 이외에는 리스트에 노드를 추가할 때에 효율적이다.

 지금까지 만든 원형 연결 리스트가 올바르게 동작하는지 확인하기 위한 출력 함수를 구현하였다.

 함수의 종료를 판단하는 기준을 제외하면, 이중 연결 리스트와 동일하다.

 원형 연결 리스트의 선언부이다.(CircularDoubleLinkedList.h)

 노드의 생성과 관련된 함수(ifCreateCDLL), 소멸과 관련된 함수(ifDestroyCDLL, ifDestroyAllCDLL), 리스트로의 연결과 관련된 함수(vfAppendCDLL, vfInsertAfterCDLL), 탐색과 관련된 함수(pstfSearchLocationCDLL), 리스트에서의 연결 해제와 관련된 함수(ifRemoveCDLL) 로 이루어져 있다. 필요에 따라 함수를 수정, 추가, 구현하여 사용할 수 있다. 노드의 자료형을 추가한 후, 노드 생성함수를 수정하여 사용하거나, 리스트의 노드 중, 특정 노드 앞에 노드를 추가하는 함수를 추가, 구현할 수 있다.

 원형 연결 리스트의 구현부 이다.(CircularDoubleLinkedList.c)

 마지막으로 그 동안 구현한 원형 연결 리스트의 함수들을 사용하는 예제이다.

 vfPrintAllCDLL 함수가 호출되는 시점을 기준으로 다음과 같이 4 단계로 나눌 수 있다.

1 단계 : "1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8" 의 자료를 가지는 노드를 각각 만들어 리스트에 연결

2 단계 : 리스트의 4 번째 노드를 찾아서, 리스트에서의 연결을 제거하고 소멸

3 단계 : 리스트의 5 번째 노드를 찾아서, 리스트에서의 연결을 제거한 후, 리스트의 처음 노드의 뒤에 연결

4 단계 : 리스트 전체 소멸

 위와 같은 결과가 출력된다. 조금 자세히 보면, 아래와 같이 4 번째 노드가 삭제되고, 5 번째 노드가 리스트의 처음 노드 뒤로 이동한 것을 확인할 수 있다.

  노드를 리스트에 추가하는 함수, 첫번째 노드부터 특정 위치에 있는 노드를 찾는 함수, 특정 노드의 다음 위치에 새로운 노드를 연결하는 함수이다.

 이중 연결 리스트와 비교하여 노드를 리스트에 추가하는 함수가 다르다. 단순 연결 리스트에 비해 이중 연결 리스트가 노드를 리스트에서 삭제할 때에 추가적인 연산이 필요없듯, 이중 연결 리스트에 비해 원형 연결 리스트는 노드를 리스트에 추가할 때에 추가적인 연산이 필요없다.

 아래 그림과 같이 단순 연결 리스트와 이중 연결 리스트에서는 노드를 리스트에 추가하기 위해서 리스트의 마지막 노드를 찾는 O(n) 의 추가적인 연산이 필요하다.

 하지만, 원형 연결 리스트는 아래 그림과 같이, 리스트의 첫번째 노드의 앞 노드를 가리키는 포인터가 이미 리스트의 마지막 노드를 가리키고 있으므로, 이를 찾는 연산이 필요없다. 이는 원형 연결 리스트의 장점이다.

 위의 세개의 함수를 사용하는 예제이다.

 먼저, 3개의 노드를 생성한 후에, pstSearchLocationCDLL, ifCreateCDLL, vfInsertAfterCDLL 순서로 수행하여, "1, 2, 4, 3" 의 자료를 가지는 리스트가 만들어진다.

 노드를 리스트에서 삭제하는 함수이다.

 이중 연결 리스트와 동일하다.

 원형 연결 리스트는 일반적인 연결 리스트에 마지막 노드와 처음 노드를 연결시켜 원형으로 만든 구조이다.

(참고 : http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%B0%EA%B2%B0_%EB%A6%AC%EC%8A%A4%ED%8A%B8)

 원형 연결 리스트는 메모리를 활용하여 데이터를 저장하는 방식이 이중 연결 리스트와 같다. 하지만, 이중 연결 리스트와 다른 점은 리스트의 첫번째 노드의 앞 노드를 가리키는 포인터가 마지막 노드를, 마지막 노드의 다음 노드를 가리키는 포인터가 첫번째 노드를 가리킨다는 점이다. 이는 이중 연결 리스트보다 이해하는 데에, 그리고 구현하는 데에 어려움을 준다. 반면, 리스트에 노드를 추가할 때의 수행 시간이 O(n) 에서 O(1) 로 줄어든다는 장점이 있다.

 그 밖에 메모리를 사용 등 모든 것은 이중 연결 리스트와 동일하다.

 다음은 원형 연결 리스트의 선언이다.

 이중 연결 리스트와 같다. 여기에서는 단순 연결 리스트를 설명할 때와 마찬가지로 자료 공간은 정수형(int) 자료 공간 하나만을 가지고 구현하고, 설명한다.

 다음은 노드의 생성 함수, 메모리를 할당한 노드의 사용이 끝났을 때, 해당 메모리를 반환하는 함수, 원형 연결 리스트로 연결된 모든 노드의 메모리를 반환하는 함수이다.

 이중 연결 리스트와 리스트로 연결된 모든 노드의 메모리를 반환하는 함수에서 다른 점이 있다. 이중 연결 리스트에서는 리스트의 마지막 노드의 다음 노드를 가리키는 포인터가 NULL 이었기 때문에, 함수의 끝이 명확하였지만, 원형 연결 리스트에서는 포인터가 항상 특정 메모리 주소를 가리키게 되기 때문에 함수의 끝이 명확하지 않다.

 포인터는 특정 주소를 가지고 있으므로, 이미 반환된 메모리라도, 주소값은 이전과 동일하다. 그러므로, pstInCDLL_Head 가 가리키고 있었던, 리스트의 첫번째 노드가 이미 메모리가 반환이 되었다고 해도, pstCDLL_Temp_1 != pstInCDLL_Head 와 같이 비교할 수 있다. 자세한 설명 및 사용에 관련된 사항은 이전 글 (링크 : [C] 단순 연결 리스트 (Single Linked List) 1. 정의 / 생성 / 소멸) 에서 확인할 수 있다.

 지금까지 만든 이중 연결 리스트가 올바르게 동작하는지 확인하기 위한 출력 함수를 구현하였다.

 첫번째 노드부터 순환하며, 리스트 내의 모든 노드의 데이터를 출력한다.

 이중 연결 리스트의 선언부이다.(DoubleLinkedList.h)

 노드의 생성과 관련된 함수(ifCreateDLL), 소멸과 관련된 함수(ifDestroyDLL, ifDestroyAllDLL), 리스트로의 연결과 관련된 함수(vfAppendDLL, vfInsertAfterDLL), 탐색과 관련된 함수(pstfSearchLocationDLL), 리스트에서의 연결 해제와 관련된 함수(ifRemoveDLL) 로 이루어져 있다. 필요에 따라 함수를 수정, 추가, 구현하여 사용할 수 있다. 노드의 자료형을 추가한 후, 노드 생성함수를 수정하여 사용하거나, 리스트의 노드 중, 특정 노드 앞에 노드를 추가하는 함수를 추가, 구현할 수 있다.

 이중 연결 리스트의 구현부 이다.(DoubleLinkedList.c)

 마지막으로 그 동안 구현한 이중 연결 리스트의 함수들을 사용하는 예제이다.

 vfPrintAllDLL 함수가 호출되는 시점을 기준으로 다음과 같이 4 단계로 나눌 수 있다.

1 단계 : "1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8" 의 자료를 가지는 노드를 각각 만들어 리스트에 연결

2 단계 : 리스트의 4 번째 노드를 찾아서, 리스트에서의 연결을 제거하고 소멸

3 단계 : 리스트의 5 번째 노드를 찾아서, 리스트에서의 연결을 제거한 후, 리스트의 처음 노드의 뒤에 연결

4 단계 : 리스트 전체 소멸

 위와 같은 결과가 출력된다. 조금 자세히 보면, 아래와 같이 4 번째 노드가 삭제되고, 5 번째 노드가 리스트의 처음 노드 뒤로 이동한 것을 확인할 수 있다.