C++ 알고리즘 | "STL algorithm" 핵심 정리

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C++ 알고리즘 | "STL algorithm" 핵심 정리

이 글의 핵심

C++ 알고리즘에 대한 실전 가이드입니다.

STL <algorithm>은 반복자 범위에 대해 정렬·검색·변환·집계 등을 제공합니다. 수동 루프보다 가독성이 좋고, 구현이 검증되어 있어 실무에서 우선 고려할 만합니다. 이 글에서는 자주 쓰는 알고리즘과 실전에서 자주 하는 실수, 선택 팁을 정리합니다.

정렬

std::sort는 기본적으로 오름차순이며, 비교자를 주면 정렬 기준을 바꿀 수 있습니다. 부분 정렬(상위 k개만 정렬)은 partial_sort, 같은 값의 순서를 유지하려면 stable_sort를 사용합니다.

#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
    
    // 오름차순
    sort(v.begin(), v.end());
    
    // 내림차순
    sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
    
    // 부분 정렬
    partial_sort(v.begin(), v.begin() + 3, v.end());
    
    // 안정 정렬
    stable_sort(v.begin(), v.end());
}

검색

선형 검색은 find / find_if로 O(n)에 한 번만 찾을 때 적합하고, 여러 번 찾을 때는 범위를 정렬한 뒤 binary_search·lower_bound로 O(log n) 검색이 가능합니다. 정렬되지 않은 범위에 binary_search를 쓰면 결과가 잘못되므로 주의하세요.

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

// find
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (it != v.end()) {
    cout << "찾음: " << *it << endl;
}

// find_if
auto it2 = find_if(v.begin(), v.end(),  { return x > 3; });

// binary_search (정렬된 경우)
sort(v.begin(), v.end());
bool found = binary_search(v.begin(), v.end(), 3);

변환

transform은 한 범위(또는 두 범위)의 원소를 함수/람다로 변환해 결과 범위에 씁니다. 결과를 담을 공간은 미리 확보하거나 back_inserter로 넣어야 합니다. 범위 크기가 다르면 안 되므로, 출력용 컨테이너는 resize 또는 reserve+back_inserter로 맞추세요.

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> result(v.size());

// transform
transform(v.begin(), v.end(), result.begin(),  {
    return x * x;
});

for (int x : result) {
    cout << x << " ";  // 1 4 9 16 25
}

실전 예시

예시 1: 데이터 처리 파이프라인

struct Person {
    string name;
    int age;
    double salary;
};

int main() {
    vector<Person> people = {
        {"Alice", 25, 50000},
        {"Bob", 30, 60000},
        {"Charlie", 35, 70000},
        {"David", 28, 55000}
    };
    
    // 30세 이상 필터링
    vector<Person> filtered;
    copy_if(people.begin(), people.end(), back_inserter(filtered),
             { return p.age >= 30; });
    
    // 급여순 정렬
    sort(filtered.begin(), filtered.end(),
          { return a.salary > b.salary; });
    
    // 이름 추출
    vector<string> names;
    transform(filtered.begin(), filtered.end(), back_inserter(names),
               { return p.name; });
    
    for (const auto& name : names) {
        cout << name << endl;  // Charlie, Bob
    }
}

예시 2: 통계 계산

vector<int> scores = {85, 92, 78, 95, 88, 76, 90};

// 합계
int sum = accumulate(scores.begin(), scores.end(), 0);

// 평균
double avg = sum / (double)scores.size();

// 최대/최소
auto [minIt, maxIt] = minmax_element(scores.begin(), scores.end());

cout << "합계: " << sum << endl;
cout << "평균: " << avg << endl;
cout << "최소: " << *minIt << endl;
cout << "최대: " << *maxIt << endl;

// 중앙값
sort(scores.begin(), scores.end());
double median = scores[scores.size() / 2];
cout << "중앙값: " << median << endl;

예시 3: 중복 제거

vector<int> v = {1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 5, 5};

// 정렬 (unique는 정렬 필요)
sort(v.begin(), v.end());

// 중복 제거
auto last = unique(v.begin(), v.end());

// 실제 삭제
v.erase(last, v.end());

for (int x : v) {
    cout << x << " ";  // 1 2 3 4 5
}

예시 4: 파티션

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

// 짝수/홀수 분리
auto pivot = partition(v.begin(), v.end(),  {
    return x % 2 == 0;
});

cout << "짝수: ";
for (auto it = v.begin(); it != pivot; ++it) {
    cout << *it << " ";  // 2 4 6 8 10
}
cout << endl;

cout << "홀수: ";
for (auto it = pivot; it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";  // 1 3 5 7 9
}

집합 연산

정렬된 두 범위에 대해 합집합·교집합·차집합을 구할 때는 set_union, set_intersection, set_difference를 사용합니다. 입력 범위가 정렬되어 있어야 올바른 결과가 나옵니다. 결과를 넣을 컨테이너는 back_inserter(result)로 넘기면 됩니다.

vector<int> a = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> b = {3, 4, 5, 6, 7};
vector<int> result;

// 합집합
set_union(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end(), back_inserter(result));

// 교집합
result.clear();
set_intersection(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end(), back_inserter(result));

// 차집합
result.clear();
set_difference(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end(), back_inserter(result));

수정 알고리즘

범위를 제자리에서 바꿀 때는 fill, generate, replace, reverse, rotate 등을 씁니다. remove/remove_if는 원소를 지우지 않고 “남길 원소”를 앞으로 모으기만 하므로, 반드시 erase와 함께 써서 논리적 크기를 줄여야 합니다 (erase-remove 관용구).

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

// fill
fill(v.begin(), v.end(), 0);

// generate
generate(v.begin(), v.end(),  {
    static int n = 0;
    return n++;
});

// replace
replace(v.begin(), v.end(), 3, 99);

// reverse
reverse(v.begin(), v.end());

// rotate
rotate(v.begin(), v.begin() + 2, v.end());

자주 발생하는 문제

문제 1: erase-remove 관용구

// ❌ remove만 사용
vector<int> v = {1, 2, 3, 2, 4, 2, 5};
remove(v.begin(), v.end(), 2);  // 크기 안 줄어듦!

// ✅ erase-remove
v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 2), v.end());
// ❌ 정렬 안됨
vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
bool found = binary_search(v.begin(), v.end(), 3);  // 잘못된 결과

// ✅ 정렬 후
sort(v.begin(), v.end());
found = binary_search(v.begin(), v.end(), 3);

문제 3: 범위 오류

// ❌ 범위 초과
vector<int> v(5);
transform(v.begin(), v.end(), v.begin() + 10,  { return x * 2; });

// ✅ 올바른 범위
vector<int> result(v.size());
transform(v.begin(), v.end(), result.begin(),  { return x * 2; });

실전에서 쓸 때 팁

  • erase-remove: 조건에 맞는 원소를 지우려면 remove_if만 쓰지 말고 v.erase(remove_if(...), v.end())로 erase-remove 관용구를 사용하세요. remove는 크기를 바꾸지 않습니다.
  • binary_search 계열: binary_search, lower_bound, upper_bound는 정렬된 범위에서만 사용하세요. 정렬되지 않으면 결과가 틀립니다.
  • accumulate 초기값: double 합을 구할 때 0이 아니라 0.0을 써야 합니다. 0은 int라서 매 단계에서 정밀도가 떨어질 수 있습니다.
  • 한 번만 검색 vs 여러 번: 한 번만 찾을 때는 find(O(n))가 정렬(O(n log n))+binary_search보다 나을 수 있습니다. 여러 번 찾을 때만 정렬 후 이진 검색을 고려하세요.
  • 집합 연산: set_union, set_intersection, set_difference는 입력이 정렬된 상태를 가정합니다. 정렬되지 않으면 잘못된 결과가 나옵니다.

FAQ

Q1: STL 알고리즘은 왜 사용하나요?

A: 검증된 구현으로 버그를 줄이고, 컴파일러/라이브러리 최적화를 받을 수 있으며, “의도”가 드러나 가독성이 좋습니다. 수동 루프보다 유지보수와 재사용이 쉽습니다.

Q2: 성능은 수동 루프보다 어떤가요?

A: 대부분 비슷하거나 더 빠릅니다. 인라인·최적화가 잘 되므로, 가독성을 위해 알고리즘을 쓰는 것이 좋습니다. 병목이 될 때만 프로파일링 후 수동 루프를 고려하면 됩니다.

Q3: 어떤 알고리즘을 먼저 익히면 좋나요?

A: sort, find/find_if, transform, accumulate부터 쓰다 보면 copy_if, remove_if+erase, binary_search·lower_bound 순으로 확장하기 좋습니다. 순열 알고리즘으로 next_permutation도 함께 보면 도움이 됩니다.

Q4: 람다 vs 함수 객체, 언제 뭘 쓰나요?

A: 한 곳에서만 쓰는 간단한 조건/변환은 람다가 읽기 쉽고, 여러 곳에서 재사용하거나 상태가 필요하면 함수 객체(또는 std::function)를 쓰면 됩니다.

Q5: 필요한 알고리즘을 어떻게 찾나요?

A: cppreference.com - algorithm에서 “정렬”, “검색”, “변환” 등으로 검색하거나, IDE에서 <algorithm> 포함 후 std::로 자동완성을 보면 용도별로 고를 수 있습니다.

같이 보면 좋은 글 (내부 링크)

이 주제와 연결되는 다른 글입니다.

  • C++ Algorithm Permutation | “순열 알고리즘” 가이드
  • C++ Algorithm Count | “카운트 알고리즘” 가이드
  • C++ 범위 기반 for | “Range-based for” 가이드

실전 팁

실무에서 바로 적용할 수 있는 팁입니다.

디버깅 팁

  • 문제가 발생하면 먼저 컴파일러 경고를 확인하세요
  • 간단한 테스트 케이스로 문제를 재현하세요

성능 팁

  • 프로파일링 없이 최적화하지 마세요
  • 측정 가능한 지표를 먼저 설정하세요

코드 리뷰 팁

  • 코드 리뷰에서 자주 지적받는 부분을 미리 체크하세요
  • 팀의 코딩 컨벤션을 따르세요

실전 체크리스트

실무에서 이 개념을 적용할 때 확인해야 할 사항입니다.

코드 작성 전

  • 이 기법이 현재 문제를 해결하는 최선의 방법인가?
  • 팀원들이 이 코드를 이해하고 유지보수할 수 있는가?
  • 성능 요구사항을 만족하는가?

코드 작성 중

  • 컴파일러 경고를 모두 해결했는가?
  • 엣지 케이스를 고려했는가?
  • 에러 처리가 적절한가?

코드 리뷰 시

  • 코드의 의도가 명확한가?
  • 테스트 케이스가 충분한가?
  • 문서화가 되어 있는가?

이 체크리스트를 활용하여 실수를 줄이고 코드 품질을 높이세요.

이 글에서 다루는 키워드 (관련 검색어)

C++, algorithm, STL, 알고리즘, sort 등으로 검색하시면 이 글이 도움이 됩니다.

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