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Chapter 5. General Linear List

Chapter 5. General Linear List. Internet Computing Laboratory @ KUT Youn-Hee Han. 0. Concept. General List a list in which operations, such as retrievals, insertions, changes, and deletions, can be done anywhere in the list 목록 또는 도표를 추상화 한 것 일상 생활에서의 예 Lists of employees Student lists

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Chapter 5. General Linear List

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  1. Chapter 5. General Linear List Internet Computing Laboratory @ KUT Youn-Hee Han

  2. 0. Concept • General List • a list in which operations, such as retrievals, insertions, changes, and deletions, can be done anywhere in the list • 목록 또는 도표를 추상화 한 것 • 일상 생활에서의 예 • Listsof employees • Student lists • Lists of our favorite songs Data Structure

  3. 0. Concept • 필요한연산은? • 주 연산: insertion, deletion, retrieval, traversal • 보조연산: … • 그렇다면, insertion에 대해서 다음 중 어떤 것을 제공해야 하는가?사용자는 어떤 것을 더 원하는가? 둘 다 원하는가? • insert (data) • insert (position, data) • Position-oriented List (위치 기반 리스트) 에서의 연산 정의 예 • insert(position, data) • 데이터를 주어진 위치(position)에 넣기 • delete(position) • 주어진 위치(position)의 데이터를 삭제 • retrieve(position, &data) • 주어진 위치(position)의 데이터를 Data 변수에 복사 • traversal • 리스트 안에 모든 Element에 대해 순서대로 일정한 작업 (예를 들어 단순 방문) 을 행한다. Data Structure

  4. 0. Concept • Ordered List (순서 리스트) 에서의 연산 정의 예 • 임의의 Sequence Rule 이 존재 • 예를 들어 주민번호 (SSN) 순서, 학번 순서, 이름순서… • insert(data) • 주어진 데이터를 정해진 Rule 에 따라 알맞은 위치에 넣기 • data 속에 key 값이 있다고 가정 • delete(data) • 주어진 데이터를 리스트에서 찾아 삭제 • data 속에 key 값이 있다고 가정 • retrieve(data1, &data2) • 주어진 데이터가 리스트에있는지 검색 • 관련된 데이터를 얻어옴 • traversal • 리스트 안에 모든 Element에 대해 순서대로 일정한 작업 (예를 들어 단순 방문) 을 행한다. • 교재에서는 Ordered List를 가정하여 코딩을 제시한다. Data Structure

  5. 1. Basic Operations • Insertion • In ordered list: maintained in sequence according to data • Key: one or more field that identifies the data (ex: SSN) • Deletion • Deletion requires search to locate the data to delete Data Structure

  6. 1. Basic Operations • Retrieval • provides a data without changing list • Search: finding an element in a list by some key • Traversal • process of visiting each element in a list in sequence to do something • Ex) print all elements in a list • Requires looping for all elements Data Structure

  7. 2. Implementation • Linked List implementation of a List • Data Structure of List ADT typedef struct node { Element data; struct node *link; } ListNode; typedef struct { int count; ListNode *head; } List; //head head node Data Structure

  8. 3. List ADT • Generic Coding for List Node • Data (including key) + pointer to next node • Stack과 Queue에서의 Node 정의도 이와 같은 Generic 방법을 사용하고 있음 typedef struct node { void* dataPtr; struct node* link; } NODE; data Generic coding Note] Heap memory for actual data should be allocated by using malloc() Data Structure

  9. 3. List ADT • Generic Coding for List Head • Data (including key) + pointer to next node • In our List ADT, data are stored in key sequence • How to arrange the elements in ordered mode • Solution  compare function • How to handle different types of parameters • Each type of data requires different functions to compare two data (keys) • Solution  function pointer of compare function • Application programmer writes a function to compare two data (keys) typedef struct { int count; NODE* pos; NODE* head; NODE* rear; int (*compare) (void* argu1, void* argu2); } LIST; Data Structure

  10. 3. List ADT • Generic Coding for List Head • int (*compare) (void* argu1, void* argu2); • 본교재에서는 다음과 같이 return 값이 정의됨 • Case I) argu1 의 데이터 > argu2 의 데이터  1 이 리턴됨 • Case II) argu1 의 데이터 < argu2 의 데이터  -1 이 리턴됨 • Case III) argu1 의 데이터 == argu2 의 데이터  0 이 리턴됨 • Examples int compareInt(void *argu1, void *argu2) { return *(int*)argu1 - *(int*)argu2; } int compareStr(void *argu1, void *argu2) { return strcmp((char*)argu1, (char*)argu2); } Data Structure

  11. 3. List ADT • Header file with List ADT Prototypes • File Name: list.h (이후모든 ADT 구현은 이 한 파일에 추가) typedef struct node { void* dataPtr; struct node* link; } NODE; typedef struct { int count; NODE* pos; NODE* head; NODE* rear; int (*compare) (void* argu1, void* argu2); } LIST; LIST* createList (int (*compare) (void* argu1, void* argu2)); LIST* destroyList (LIST* list); Data Structure

  12. 3. List ADT • Header file with List ADT Prototypes int addNode (LIST* pList, void* dataInPtr); bool removeNode (LIST* pList, void* keyPtr, void** dataOutPtr); bool searchList (LIST* pList, void* pArgu, void** pDataOut); bool retrieveNode (LIST* pList, void* pArgu, void** dataOutPtr); bool traverse (LIST* pList, int fromWhere, void** dataOutPtr); int listCount (LIST* pList); bool emptyList (LIST* pList); bool fullList (LIST* pList); static int _insert (LIST* pList, NODE* pPre, void* dataInPtr); static void _delete (LIST* pList, NODE* pPre, NODE* pLoc, void** dataOutPtr); static bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu); Data Structure

  13. 3. List ADT • List ADT functions Data Structure

  14. 3. List ADT • createList • Only parameter is the compare function required to compare two data (keys) LIST* createList (int (*compare) (void* argu1, void* argu2)) { LIST* list; list = (LIST*) malloc (sizeof (LIST)); if (list) { list->head = NULL; list->pos = NULL; // working pointer for list traversal list->rear = NULL; list->count = 0; list->compare = compare; } return list; } 0 In main()… list = createList (cmpYear); Data Structure

  15. 3. List ADT • addNode • Find the location to insert the node • Directly preceding node is necessary & Insert node after the preceding node int addNode (LIST* pList, void* dataInPtr) { bool found; bool success; NODE* pPre; NODE* pLoc; found = _search (pList, &pPre, &pLoc, dataInPtr); if (found) return (+1); success = _insert (pList, pPre, dataInPtr); if (!success) return (-1); return (0); } Inserting 55 pPre: dataInPtr을 포함하는 NODE가 삽입되어야 할 위치 바로 직전의 NODE를 가리키는 포인터 pLoc: dataInPtr과 같은 값을 지니는 NODE가 list내에 존재할 때 그 NODE를 가리키는 포인터 Data Structure

  16. 3. List ADT • _search • It is internal function • Two Macros • #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) • #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) Data Structure

  17. 3. List ADT • _search • Case (a) – 1 : 찾는 노드가 리스트의 첫 번째 노드일 때 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST> 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } pList [TABLE 5-1] Target=first node pPre=NULL pLoc=First nodeReturn is True Data Structure

  18. 3. List ADT • _search • Case (a) – 2 : 찾는 노드가 리스트의 중간에 위치한 노드일 때 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST > 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } [TABLE 5-1] Target=middle node pPre=Node’s predecessor pLoc=Equal node (middle node)Return is True Data Structure

  19. 3. List ADT • _search • Case (a) – 3 : 찾는 노드가 리스트의 마지막 노드일 때 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST > 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } [TABLE 5-1] Target=last node pPre=Last’s predecessor pLoc=Last nodeReturn is True Data Structure

  20. 3. List ADT • _search • Case (b) – 1 : 찾는 노드가 리스트의 첫번째 노드 보다 작을 때 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST > 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } pList [TABLE 5-1] Target<first node pPre=NULL pLoc=First nodeReturn is False Data Structure

  21. 3. List ADT • _search • Case (b) – 2 : 찾는 노드가 리스트에 존재하지 않고 그 값이 리스트 중간에 위치 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST > 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } [TABLE 5-1] First<Target<Last pPre=Largest Node (< Target) pLoc=First Node (> Target)Return is False Data Structure

  22. 3. List ADT • _search • Case (b) – 3 : 찾는 노드가 리스트의 마지막 노드 보다 더 클 때 bool _search (LIST* pList, NODE** pPre, NODE** pLoc, void* pArgu) { #define COMPARE ( ((* pList->compare) (pArgu, (*pLoc)->dataPtr)) ) #define COMPARE_LAST ((* pList->compare) (pArgu, pList->rear->dataPtr)) int result; *pPre = NULL; *pLoc = pList->head; if (pList->count == 0) return false; if ( COMPARE_LAST > 0) { *pPre = pList->rear; *pLoc = NULL; return false; } while ( (result = COMPARE) > 0 ) { *pPre = *pLoc; *pLoc = (*pLoc)->link; } if (result == 0) return true; else return false; } [TABLE 5-1] Target>Last pPre=Last Node pLoc=NULLReturn is False Data Structure

  23. 3. List ADT • _search • PP. 249 연습문제 1 • _search 함수 내에서 pHead = pHead->link 와 같은 코딩을 사용하면 어떨까? • 왜 pPre와 pLoc을 별도로 사용할까? Data Structure

  24. 3. List ADT • _insert • Given the predecessor, there are three steps to the insertion • 1. Allocate memory for the new node and move data to the node • 2. Point the new node to its successor • 3. Point the new node’s predecessor to the new node. • Cases of Predecessor point • Case I) NULL (_search 결과 *pPre 가 NULL 인 경우, Case (b) - 1 ) • 1. The new node is inserted to the beginning of the list, or • 2. List is empty • Case II) contain the address of a node (_search 결과 *pPre 가 NULL 이 아닌 경우, Case (b) – 2,3 ) • 1. The new node is inserted in the middle of the list, or • 2. The new node is inserted at the end of the list Data Structure

  25. 3. List ADT • _insert • Case I – 1 : 삽입할 노드가 리스트의 첫번째 노드가되어야 할 때 static bool _insert (LIST* pList, NODE* pPre, void* dataInPtr) { NODE* pNew; if (!(pNew = (NODE*) malloc(sizeof(NODE)))) return false; pNew->dataPtr = dataInPtr; pNew->link = NULL; if (pPre == NULL) { pNew->link = pList->head; // 1) pList->head = pNew; // 2) if (pList->count == 0) pList->rear = pNew; } else { pNew->link = pPre->link; pPre->link = pNew; if (pNew->link == NULL) pList->rear = pNew; } (pList->count)++; return true; } 2) 1) Data Structure

  26. 3. List ADT • _insert • Case I – 2 : 비어있는 리스트에 노드를 삽입할 때 static bool _insert (LIST* pList, NODE* pPre, void* dataInPtr) { NODE* pNew; if (!(pNew = (NODE*) malloc(sizeof(NODE)))) return false; pNew->dataPtr = dataInPtr; pNew->link = NULL; if (pPre == NULL) { pNew->link = pList->head; // 1) pList->head = pNew; // 2) if (pList->count == 0) pList->rear = pNew; // 3) } else { pNew->link = pPre->link; pPre->link = pNew; if (pNew->link == NULL) pList->rear = pNew; } (pList->count)++; return true; } 0 1) 3) 2) 1 Data Structure

  27. 3. List ADT • _insert • Case II – 1 : 삽입할 노드가 리스트 중간에 위치 static bool _insert (LIST* pList, NODE* pPre, void* dataInPtr) { NODE* pNew; if (!(pNew = (NODE*) malloc(sizeof(NODE)))) return false; pNew->dataPtr = dataInPtr; pNew->link = NULL; if (pPre == NULL) { pNew->link = pList->head; pList->head = pNew; if (pList->count == 0) pList->rear = pNew; } else { pNew->link = pPre->link; // 1) pPre->link = pNew; // 2) if (pNew->link == NULL) pList->rear = pNew; } (pList->count)++; return true; } 2) 1) Data Structure

  28. 3. List ADT • _insert • Case II – 2 : 삽입할 노드가 리스트의 마지막 노드 보다 더 이후에 위치 static bool _insert (LIST* pList, NODE* pPre, void* dataInPtr) { NODE* pNew; if (!(pNew = (NODE*) malloc(sizeof(NODE)))) return false; pNew->dataPtr = dataInPtr; pNew->link = NULL; if (pPre == NULL) { pNew->link = pList->head; pList->head = pNew; if (pList->count == 0) pList->rear = pNew; } else { pNew->link = pPre->link; pPre->link = pNew; if (pNew->link == NULL) pList->rear = pNew; } (pList->count)++; return true; } 2) rear 1) Data Structure

  29. 3. List ADT • removeNode • pPre: _search() 호출 결과 삭제하고자 하는 노드의 바로 이전 노드의 포인터 • pLoc: _search() 호출 결과 삭제하고자 하는 노드의 포인터 bool removeNode (LIST* pList, void* keyPtr, void** dataOutPtr) { bool found; NODE* pPre; NODE* pLoc; found = _search(pList, &pPre, &pLoc, keyPtr); if (found) _delete(pList, pPre, pLoc, dataOutPtr); return found; } 삭제하고자 하는 노드의 데이터값 _delete() 이후에삭제된 노드의 데이터 값이 할당됨 Data Structure

  30. 3. List ADT • _delete • Case I) pPre가 NULL인 경우 • 1. 삭제하고자 하는 노드가 첫 번째 노드임 void _delete (LIST* pList, NODE* pPre, NODE* pLoc, void** dataOutPtr) { *dataOutPtr = pLoc->dataPtr; if (pPre == NULL) pList->head = pLoc->link; else pPre->link = pLoc->link; if (pLoc->link == NULL) pList->rear = pPre; (pList->count)--; free (pLoc); return; } Data Structure

  31. 3. List ADT • _delete • Case I) pPre가 NULL인 경우 • 2. 삭제하고자 하는 노드가 첫 번째 노드이고 그 첫번째 노드가 유일한 노드 void _delete (LIST* pList, NODE* pPre, NODE* pLoc, void** dataOutPtr) { *dataOutPtr = pLoc->dataPtr; if (pPre == NULL) pList->head = pLoc->link; else pPre->link = pLoc->link; if (pLoc->link == NULL) pList->rear = pPre; // NULL (pList->count)--; free (pLoc); return; } 1 0 rear Data Structure

  32. 3. List ADT • _delete • Case II) pPre가 NULL이아닌 경우 • 1. 삭제하고자 하는 노드가 중간 노드인 경우 void _delete (LIST* pList, NODE* pPre, NODE* pLoc, void** dataOutPtr) { *dataOutPtr = pLoc->dataPtr; if (pPre == NULL) pList->head = pLoc->link; else pPre->link = pLoc->link; if (pLoc->link == NULL) pList->rear = pPre; (pList->count)--; free (pLoc); return; } Data Structure

  33. 3. List ADT • _delete • Case II) pPre가 NULL이아닌 경우 • 2. 삭제하고자 하는 노드가 마지막 노드인 경우 void _delete (LIST* pList, NODE* pPre, NODE* pLoc, void** dataOutPtr) { *dataOutPtr = pLoc->dataPtr; if (pPre == NULL) pList->head = pLoc->link; else pPre->link = pLoc->link; if (pLoc->link == NULL) pList->rear = pPre; (pList->count)--; free (pLoc); return; } 2 1 rear Data Structure

  34. 3. List ADT • searchList bool searchList (LIST* pList, void* pArgu, void** pDataOut) { bool found; NODE* pPre; NODE* pLoc; found = _search (pList, &pPre, &pLoc, pArgu); if (found) *pDataOut = pLoc->dataPtr; else *pDataOut = NULL; return found; } 검색하고자 하는 노드의 데이터값 _search() 이후에검색된 노드의 데이터 값이 할당됨 Data Structure

  35. 3. List ADT • retrieveNode • 앞의 searchList와 그 기능이 동일함 • 함수선언 앞에 static이 있어서 내부 함수로서만 사용할 목적을 지님 static bool retrieveNode (LIST* pList, void* pArgu, void** dataOutPtr) { bool found; NODE* pPre; NODE* pLoc; found = _search (pList, &pPre, &pLoc, pArgu); if (found) { *dataOutPtr = pLoc->dataPtr; return true; } *dataOutPtr = NULL; return false; } 검색하고자 하는 노드의 데이터값 _search() 이후에검색된 노드의 데이터 값이 할당됨 Data Structure

  36. 3. List ADT • emptyList • fullList • listCount bool emptyList (LIST* pList) { return (pList->count == 0); } bool fullList (LIST* pList) { NODE* temp; if ((temp = (NODE*)malloc(sizeof(*(pList->head))))) { free (temp); return false; } return true; } int listCount(LIST* pList) { return pList->count; } Data Structure

  37. 3. List ADT • traverseList • fromWhere: 0 to start at the first element bool traverse (LIST* pList, int fromWhere, void** dataPtrOut) { if (pList->count == 0) return false; if (fromWhere == 0) { pList->pos = pList->head; *dataPtrOut = pList->pos->dataPtr; return true; } else { if (pList->pos->link == NULL) return false; else { pList->pos = pList->pos->link; *dataPtrOut = pList->pos->dataPtr; return true; } } } traverse() 함수는 한번 불리워질 때마다 현재 리턴하는 값을 지닌 노드 포인터를pList->pos에 저장을 해 둔다. 그래서, 다음 번 traverse()를 부를 때에는 이미 pList->pos는 바로 직전에 리턴받은 노드의 포인터를 가지고 있다. 즉, traverse() 함수는 main()에서 for나 wile 루프속에서 사용하여 전체 노드의 값들을 가져올 때 유용하게 사용할 수 있다. Data Structure

  38. 3. List ADT • traverseList • int traverseList(List *pList, int fromWhere, void** dataPtrOut); • pList: an ordered list • fromWhere: if fromWhere == 0 • pList->pos = pList->head (pos 포인터의 초기화) • return first data • dataPtrOut: an address to receive the next data • Return value: TRUE if next node exists, otherwise, FALSE • Usecase) Printing all data using traverseList operation int n = 0; // current index int* data; bool ret; do { ret = traverseList(pList, n++, (void**)&data); if(ret) printf("%d ", *data); } while(ret); Data Structure

  39. 3. List ADT • destroyList LIST* destroyList (LIST* pList) { NODE* deletePtr; if (pList) { while (pList->count > 0) { free (pList->head->dataPtr); deletePtr = pList->head; pList->head = pList->head->link; pList->count--; free (deletePtr); } free (pList); } return NULL; } Data Structure

  40. 참고. 배열과 연결 리스트 비교 • Linked List (연결 리스트) • It consists of a sequence of nodes,each containing arbitrary data fieldsand one or two references ("links") pointing to the next and/or previousnodes. • A linked list is a self-referential datatype because it contains a pointer or link to another data of the same type. D C E A • 메모리 안에서의 노드의 물리적 순서가 리스트의 논리적 순서와 일치할 필요 없음 B 메인 메모리 Data Structure

  41. 참고. 배열과 연결 리스트 비교 • (General) List • a list in which operations, such as retrievals, insertions, changes, and deletions, can be done anywhere in the list • 일상 생활에서의 예 • Listsof employees • Student lists • Lists of our favorite songs • List의 실제 구현시선택 방법 • 방법 1) 배열 • 방법 2) 연결 리스트 Data Structure

  42. 참고. 배열과 연결 리스트 비교 • 배열 vs. 연결 리스트 • 배열  메모리에 데이터가 일렬로 붙어 있음을 의미 • 연결 리스트  메모리에 떨어져 있지만 포인터에 의해 연결되어 있음을 의미 • 배열 (선형 자료구조)이 코딩이 더 쉬움? • 포인터 활용이 어려운사람의 주관적이 견해일 뿐 • 공간적인 면에서 비교 • 배열은 정적이므로 최대크기를 미리 예상해야 함. • 만들어 놓은 배열 공간이 실제로 쓰이지 않으면 낭비 • 연결 리스트는 실행 시 필요에 따라 새로운 노드 생성 공간 절약 • 연결 리스트는 포인터 변수공간을 요함. 하지만 데이터가 차지하는 공간에 비해서는 상대적으로 미미함 Data Structure

  43. 0 1 2 3 4 5 A B C D E C A B D E A B D E A B D E 참고. 배열과 연결 리스트 비교 • 배열을 활용한 삽입연산 & 삭제연산 N 0 1 2 3 4 5 A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B N C D E Data Structure

  44. 참고. 배열과 연결 리스트 비교 • 검색시간의 비교 • 배열은 단번에 찾아감 • Implicit (묵시적)Addressing: 인덱스 연산 • 연결 리스트는 헤드부터 포인터를 따라감 • Explicit (현시적, 명시적)Addressing: 포인터 읽음 • 검색 시간면에서는 배열이 유리 • 삽입, 삭제 시간의 비교 • 배열의 삽입: 오른쪽 밀림(Shift Right) • 배열의 삭제: 왼쪽 밀림(Shift Left) • 연결 리스트: 인접 노드의 포인터만 변경 • 삽입, 삭제 시간 면에서는 연결 리스트가 유리 • 어떤 자료구조? • 검색위주이면 배열이 유리 • 삽입 삭제 위주라면 연결 리스트가 유리 • 최대 데이터 수가 예측 불가라면 연결 리스트 • 하지만, 일반적으로 대부분의 경우 연결 리스트를 활용한다. Data Structure

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