자바 배열에 새 요소 추가하는 방법, 효율성 비교

프로그래머스 기초 문제 “마지막 두 원소” 를 풀다가 아래와 같은 상황을 맞닥뜨렸다.

 

문제 설명

정수 리스트 num_list가 주어질 때, 마지막 원소가 그전 원소보다 크면 마지막 원소에서 그전 원소를 뺀 값을 마지막 원소가 그전 원소보다 크지 않다면 마지막 원소를 두 배한 값을 추가하여 return하도록 solution 함수를 완성해주세요.

class Solution {
    public int[] solution(int[] num_list) {
        int n=num_list.length-1;
        return num_list[n] > num_list[n-1] ? num_list[n]-num_list[n-1]:2*num_list[n];
    }
}

 

생각없이 이렇게 적었다가.. 함수의 반환값이 int[] 라는 사실을 깨달았다.

 

함수의 반환값 생각하기
함수의 반환 타입은 int[] 인데, int 값을 반환 중 int[] 타입을 반환하려면 새로운 배열을 만들어서 반환해야 함

 

그렇다면.. 자바에서 (정적) 배열에 원소를 어떻게 추가할까?

일단 배열 개념부터 빠르게 짚고 넘어가보자.

 

배열(Array) 이란?

• 가장 일반적인 선형 자료구조
• 복수의 데이터를 연결시켜 관리하는 자료구조

정적 배열(Static Array)

• 같은 타입의 데이터를 연속적 메모리 공간에 저장하고 인덱스로 접근
• 프로그래밍 과정에서 정해진 사이즈에서 변동되는 것이 불가하다.
• 시작 메모리 주소만을 저장하고, 그 외의 주소는 저장하지 않는다. 대신 Offset(시작 메모리 주소로부터 얼마나 떨어져있는지)을 사용하여 접근한다.
• 접근이 빠른 대신, 삽입 & 삭제 & 변경이 어렵다.

int[] staticArray = new int[5]; // 선헌할 때 사이즈 지정
staticArray[0] = 10;
System.out.println(staticArray[0]); // 10

 

동적 배열(Dynamic Array)

• 사이즈가 가변적인(동적인) 배열이다.
• 자바에서의 ArrayList
• 요소 추가, 삭제가 자유롭다. 요소를 추가/삭제하면 자동으로 크기가 변한다.

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> dynamicArray = new ArrayList<>(); //동적 배열 선언

        dynamicArray.add(10);
        dynamicArray.add(20);
        System.out.println(dynamicArray.get(0)); // 10

        dynamicArray.remove(0); // 첫 번째 요소 삭제
        System.out.println(dynamicArray.size()); // 1 (크기가 자동으로 줄어듦)
    }
}

 

정리하면 자바의 (정적) 배열 → 길이가 고정. 한 번 배열의 길이가 정해지면 변경할 수 없음

그럼 새로운 요소를 어떻게 추가할 수 있을까?

 

“자바 배열에 요소 추가” 이 키워드로 검색하니까 아래 글이 나오더라… 너무 웃겼다.

어쨌든.. 고정적인 길이의 자바 배열에 원소를 추가하는 방법을 알아보자.

 

(1) System.arraycopy 이용

class Solution {
    public static int[] addElement(int[] original, int newValue) {
        int n = original.length;
        int[] newArray = new int[n + 1]; // 기존 배열보다 1개 더 큰 새 배열 생성

        System.arraycopy(original, 0, newArray, 0, n); // 기존 배열 복사
        newArray[n] = newValue; // 새로운 원소 추가
        return newArray;
    }
}

• 더 큰 배열을 만들어서 기존 배열을 복사하고 새로운 원소 추가

 

(2) Arrays.copyOf

import java.util.Arrays;

class Solution {
    public static int[] addElement(int[] original, int newValue) {
        int[] newArray = Arrays.copyOf(original, original.length + 1); // 기존 배열에서 크기를 1 증가시킨 배열 생성
        newArray[original.length] = newValue; // 새로운 요소 추가
        return newArray;
    }
}

 

(3) ArrayList 활용

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

class Solution {
    public static int[] addElement(int[] original) {
        ArrayList<Integer> dynamicArray = new ArrayList<>(Arrays.asList(original));
        dynamicArray.add(4);
        
        return dynamicArray;
    }
}

반면 동적 배열은, ArrayList의 내장함수인 add()를 활용하여 쉽게 원소를 추가할 수 있다.

 

어떤 방식을 쓰는 게 효율적인가?

 

1️⃣ System.arraycopy() 이용

전통적인 방법이고, 추가적인 객체 생성이 필요 없다.

배열 크기를 변경할 때마다 새 배열을 생성해야 하므로 추후에 또 배열 크기를 변경할 일이 있다면 성능 부담이 있다.

 

2️⃣ Arrays.copyOf() 이용

내부적으로 System.arraycopy() 를 호출하므로 1번과 성능이 거의 동일하다.

(호출 과정에서 아주 약간의 오버헤드)

코드는 1번보다 직관적이다.

마찬가지로 배열 크기를 변경할 때마다 새 배열을 생성해야 한다.

 

3️⃣ ArrayList 활용

배열을 추가하는 과정이 편리한 대신 메모리 사용량이 증가한다.

여러 번 요소를 추가할 일이 있을 때 적합하다.

정리하면, 1번과 2번의 성능은 비슷하고 ( 배열을 복사하는 O(N) 연산 )

3번은 메모리 효율성이 떨어지는 대신 배열 크기가 계속 변해야 한다면 3번을 쓰는 게 편하다.

 

✔ 속도 & 메모리 최적화가 필요하면 System.arraycopy()
✔ 가독성과 유지보수를 생각하면 Arrays.copyOf()
✔ 유연한 크기 변경이 필요하면 ArrayList