Go 언어 맵(Map) 완벽 가이드 - 사용법과 원리
** 목 차 **
Go 언어의 맵(Map) 활용하기
소개
해시 테이블은 컴퓨터 과학에서 매우 유용한 데이터 구조 중 하나입니다.
여러 종류의 해시 테이블이 있지만, 대체로 빠른 조회, 추가, 삭제 기능을 제공합니다.
Go 언어는 이러한 해시 테이블을 구현하는 내장 맵 타입을 제공합니다.
선언 및 초기화
Go의 맵 타입은 다음과 같은 형태를 가집니다:
map[KeyType]ValueType
여기서 KeyType은 비교 가능한 모든 타입일 수 있으며, ValueType은 다른 맵을 포함한 모든 타입이 될 수 있습니다!
예를 들어, 문자열 키와 정수 값을 가지는 맵 m을 선언하려면 이렇게 작성합니다:
var m map[string]int
맵 타입은 포인터나 슬라이스처럼 참조 타입이므로, 초기화되지 않은 맵 m의 값은 nil입니다. nil 맵은 읽기 시에는 빈 맵처럼 동작하지만, 쓰기를 시도하면 런타임 오류가 발생합니다.
이를 방지하려면 make 함수를 사용해 맵을 초기화해야 합니다:
m = make(map[string]int)
make 함수는 해시 맵을 할당 및 초기화하고, 이를 가리키는 맵 값을 반환합니다.
이 글에서는 맵의 사용법에 집중하겠습니다.
맵 사용하기
Go는 맵을 다루기 위한 간단한 문법을 제공합니다.
예를 들어, 키 "route"에 값을 66으로 설정하려면 다음과 같이 작성합니다:
m["route"] = 66
키 "route"에 저장된 값을 변수 i에 할당하려면 이렇게 합니다:
i := m["route"]
요청한 키가 존재하지 않으면 값 타입의 기본 값(여기서는 0)을 반환합니다:
j := m["root"]
// j == 0
맵에 있는 항목의 개수를 얻으려면 len 함수를 사용합니다:
n := len(m)
맵에서 항목을 제거하려면 delete 함수를 사용합니다:
delete(m, "route")
키의 존재 여부를 확인하려면 두 값 할당을 사용합니다:
i, ok := m["route"]
여기서 i는 키 "route"에 저장된 값이고, ok는 키가 존재하면 true, 그렇지 않으면 false입니다.
값을 가져오지 않고 키의 존재 여부만 확인하려면 밑줄을 사용합니다:
_, ok := m["route"]
맵의 모든 항목을 반복하려면 range 키워드를 사용합니다:
for key, value := range m {
fmt.Println("Key:", key, "Value:", value)
}
맵을 데이터로 초기화하려면 맵 리터럴을 사용합니다:
commits := map[string]int{
"rsc": 3711,
"r": 2138,
"gri": 1908,
"adg": 912,
}
빈 맵을 초기화할 때도 같은 문법을 사용합니다:
m = map[string]int{}
제로 값 활용하기
키가 없을 때 맵 조회가 제로 값을 반환하는 것은 편리할 수 있습니다.
예를 들어, 불리언 값을 가지는 맵은 집합처럼 사용할 수 있습니다(불리언 타입의 기본 값은 false입니다).
다음 예제는 노드의 연결 리스트를 순회하며 값을 출력합니다.
사이클을 감지하기 위해 노드 포인터의 맵을 사용합니다.
type Node struct {
Next *Node
Value interface{}
}
var first *Node
visited := make(map[*Node]bool)
for n := first; n != nil; n = n.Next {
if visited[n] {
fmt.Println("cycle detected")
break
}
visited[n] = true
fmt.Println(n.Value)
}
또 다른 예는 슬라이스의 맵입니다.
nil 슬라이스에 값을 추가하면 새로운 슬라이스가 할당되므로, 슬라이스의 맵에 값을 추가하는 것은 한 줄로 가능합니다.
다음 예제에서는 사람들의 값을 포함하는 슬라이스 people을 초기화합니다.
각 사람(Person)은 이름과 좋아하는 것의 슬라이스를 가집니다.
이 예제는 각 좋아하는 것을 좋아하는 사람들과 연결하는 맵을 생성합니다.
type Person struct {
Name string
Likes []string
}
var people []*Person
likes := make(map[string][]*Person)
for _, p := range people {
for _, l := range p.Likes {
likes[l] = append(likes[l], p)
}
}
치즈를 좋아하는 사람들의 목록을 출력하려면:
for _, p := range likes["cheese"] {
fmt.Println(p.Name, "likes cheese.")
}
베이컨을 좋아하는 사람들의 수를 출력하려면:
fmt.Println(len(likes["bacon"]), "people like bacon.")
range와 len 모두 nil 슬라이스를 길이가 0인 슬라이스로 취급하기 때문에, 마지막 두 예제는 치즈나 베이컨을 좋아하는 사람이 아무도 없더라도 제대로 동작합니다(그럴 가능성은 낮지만).
키 타입
맵 키는 비교 가능한 모든 타입이 될 수 있습니다. 비교 가능한 타입은 불리언, 숫자, 문자열, 포인터, 채널, 인터페이스 타입, 그리고 이들 타입만 포함하는 구조체나 배열입니다.
슬라이스, 맵, 함수는 비교할 수 없으므로 맵 키로 사용할 수 없습니다.
기본 타입 외에도 구조체를 맵 키로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 다음은 국가별로 웹 페이지 조회수를 집계하는 맵입니다:
hits := make(map[string]map[string]int)
이 접근 방식은 비효율적일 수 있습니다. 외부 키에 대해 내부 맵이 존재하는지 확인하고, 필요시 생성해야 합니다:
func add(m map[string]map[string]int, path, country string) {
mm, ok := m[path]
if !ok {
mm = make(map[string]int)
m[path] = mm
}
mm[country]++
}
add(hits, "/doc/", "au")
반면, 구조체 키를 사용하는 단일 맵은 이러한 복잡함이 사라집니다:
type Key struct {
Path, Country string
}
hits := make(map[Key]int)
베트남 사람이 홈 페이지를 방문했을 때, 해당 카운터를 증가시키는 것은 한 줄로 가능합니다:
hits[Key{"/", "vn"}]++
스위스 사람들이 스펙을 읽은 횟수를 확인하는 것도 마찬가지로 간단합니다:
n := hits[Key{"/ref/spec", "ch"}]
동시성(Concurrency)
맵은 동시 사용에 안전하지 않습니다. 동시에 읽고 쓰는 경우에 어떤 일이 일어날지 정의되지 않았습니다.
만약 동시에 실행되는 고루틴에서 맵을 읽고 써야 한다면, 동기화가 필요합니다. 일반적으로 sync.RWMutex를 사용해 맵을 보호합니다.
다음 문장은 맵과 내장된 sync.RWMutex를 포함하는 구조체로 카운터 변수를 선언합니다.
var counter = struct{
sync.RWMutex
m map[string]int
}{m: make(map[string]int)}
읽기 잠금을 걸어 카운터를 읽으려면:
counter.RLock()
n := counter.m["some_key"]
counter.RUnlock()
fmt.Println("some_key:", n)
쓰기 잠금을 걸어 카운터에 쓰려면:
counter.Lock()
counter.m["some_key"]++
counter.Unlock()
반복 순서
맵을 range 루프로 반복할 때, 반복 순서는 정해져 있지 않고 매번 다를 수 있습니다.
안정적인 순서가 필요하다면 별도의 데이터 구조를 유지해야 합니다.
다음 예제는 키 순서대로 맵[int]string을 출력하기 위해 정렬된 키의 슬라이스를 사용합니다:
import "sort"
var m map[int]string
var keys []int
for k := range m {
keys = append(keys, k)
}
sort.Ints(keys)
for _, k := range keys {
fmt.Println("Key:", k, "Value:", m[k])
}
이 글에서는 Go 언어의 맵 타입을 사용하는 방법에 대해 설명했습니다.
맵은 매우 강력한 데이터 구조로, 다양한 상황에서 유용하게 사용할 수 있습니다.
기본적인 사용법부터 고급 기법까지, 이 가이드를 통해 Go에서 맵을 효과적으로 활용할 수 있기를 바랍니다.
Go 언어의 맵 타입 원리
맵은 키-값 저장소로서, 키를 통해 값을 최대한 빠르게 조회하는 것이 중요합니다.
맵은 우리가 흔히 사용하는 사전처럼 동작합니다.
키를 입력하면 그에 해당하는 값을 빠르게 찾을 수 있습니다.
키 타입
비교 가능한 모든 타입은 키가 될 수 있습니다.
예를 들어, 숫자, 문자열, 배열, 채널 등이 있습니다. 하지만 슬라이스, 맵, 함수는 키로 사용할 수 없습니다.
왜냐하면 이들은 서로 비교할 수 없기 때문입니다.
해시 함수
맵 키와 값은 맵을 위해 할당된 메모리에 연속적으로 저장됩니다. 메모리 주소를 처리하기 위해 해시 함수를 사용해야 합니다.
해시 함수는 주어진 키를 입력으로 받아 고유한 숫자 값을 반환하는 함수입니다.
해시 함수에 대한 요구 사항은 다음과 같습니다:
- 결정론적: 동일한 키에 대해 항상 동일한 값을 반환해야 합니다.
- 균일성: 값이 모든 버킷에 균등하게 분포되어야 합니다.
- 빠름: 여러 번 사용되기 때문에 빠르게 실행되어야 합니다.
맵의 구조
이제 맵이 내부적으로 어떻게 동작하는지 알아보겠습니다. 다음은 단순화된 맵의 구조입니다:
// Go 맵의 헤더 구조체
type hmap struct {
count int // 맵에 저장된 항목의 개수. len() 함수에서 사용됨.
B uint8 // 버킷의 개수를 나타내는 2의 지수. 최대 loadFactor * 2^B 개의 항목을 저장할 수 있음.
buckets unsafe.Pointer // 2^B 개의 버킷 배열. count가 0일 경우 nil일 수 있음.
oldbuckets unsafe.Pointer // 이전 버킷 배열의 포인터. 크기는 절반이며, 확장 중일 때만 nil이 아님.
}
데이터 주소는 부분별로 나뉘어 버킷 배열에 저장됩니다. unsafe.Pointer는 어떤 변수 타입이든 포인터가 될 수 있습니다.
이는 Go에서 제네릭 문제를 해결하는 방법입니다.
맵에 데이터가 없으면 버킷은 nil입니다.
첫 번째 키가 추가될 때 8개의 버킷이 생성됩니다.
맵에서 데이터 가져오기
맵에서 데이터를 가져오려면 키와 값의 메모리 주소를 찾아야 합니다.
- 먼저 버킷을 찾아야 합니다. 이는 키 해시의 첫 8비트를 버킷 구조체의 해당 데이터와 비교하여 선택됩니다.
- 다음으로, 주소를 통해 키 값을 찾습니다.
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
if t.indirectkey() {
k = *((*unsafe.Pointer)(k))
}
- 마지막으로, 같은 방식으로 값을 찾습니다.
if t.key.equal(key, k) {
e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.elemsize))
if t.indirectelem() {
e = *((*unsafe.Pointer)(e))
}
return e
}
맵 확장
데이터가 많아지면 맵을 확장해야 합니다. 이 과정에서 oldbuckets 속성을 사용합니다.
- 버킷에 데이터가 너무 많아지면, 현재의 버킷 값을
oldbuckets에 저장합니다. buckets속성에 두 배의 버킷을 생성합니다.- 맵 데이터는
oldbuckets에서buckets으로 복사됩니다.
버킷의 수는 항상 2의 거듭 제곱입니다. 그래서 B 속성이 있습니다.
이는 현재 버킷 수를 나타내는 2의 거듭 제곱입니다.
마이그레이션 중에도 맵은 접근 가능합니다. 그래서 소스 코드의 동일한 함수에서 buckets과 oldbuckets을 모두 다뤄야 합니다.
마이그레이션 후 oldbuckets은 nil로 설정됩니다.
마이그레이션 과정에서 데이터의 주소가 변경될 수 있기 때문에, Go 언어는 맵 값의 포인터를 직접 가져오는 것을 허용하지 않습니다.
다음 예제는 이를 보여줍니다:
mymap := map[string]string{"1": "1"}
fmt.Println(&mymap["1"])
// cannot take the address of mymap["1"]
위 코드는 컴파일 오류를 발생시킵니다.
이는 마이그레이션 중에 맵 값의 메모리 주소가 변경될 수 있으므로, 안전하지 않기 때문에 Go 언어는 이러한 작업을 허용하지 않습니다.
요약
Go 언어의 맵 타입은 해시 테이블을 기반으로 하며, 키-값 쌍을 빠르고 효율적으로 저장하고 조회할 수 있도록 설계되었습니다.
맵의 키는 비교 가능한 타입이어야 하며, 해시 함수는 결정론적이고 균일하며 빠르게 동작해야 합니다.
맵의 데이터 구조는 버킷 배열을 사용하여 메모리를 효율적으로 관리합니다.
맵의 크기가 증가하면 자동으로 버킷의 수가 두 배로 증가하며, 이 과정에서 데이터는 새로운 버킷 배열로 마이그레이션됩니다.
마이그레이션 중에도 맵은 접근 가능하지만, 데이터의 주소가 변경될 수 있기 때문에 맵 값의 포인터를 직접 가져오는 것은 허용되지 않습니다.