System.arraycopy()

System.arraycopy 메소드에 대해 알아봅니다.

Java 로 알고리즘을 풀다보면 배열의 값을 다른 배열에 할당해야 하는 경우가 있습니다. 이때 JNI 로 구현된 System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length) 를 사용하면 더 빠른 속도와 간결함을 보장받을 수 있습니다.

정의

Java 문서에서는 아래와 같이 정의하고 있습니다.

Copies an array from the specified source array, beginning at the specified position, to the specified position of the destination array. <...> The number of components copied is equal to the length argument. The components at positions srcPos through srcPos+length-1 in the source array are copied into positions destPos through destPos+length-1, respectively, of the destination array.

원본 배열을 특정 위치에서 시작하여 대상 배열에 특정 위치에 복사합니다. 그리고 복사된 요소의 개수는 length 값과 동일합니다. 원본 배열의 srcPos ~ srcPos + length - 1 위치에 있는 요소는 각각 대상 배열의 destPos ~ destPos + length - 1 위치에 복사됩니다.

이해하기 쉽게 실제 코드를 통해 알아봅시다.

알아보기

사용 방법

1. 사용하기

    @Test
    @DisplayName("System.arraycopy() 메소드 사용하기")
    void systemArrayCopyTest() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 5);
        // then
        assertThat(src).isEqualTo(dest);
    }

위 코드에서 src 배열은 복사할 원본 배열이고 0 ~ 0 + 5 - 1 위치의 요소 {1, 2, 3, 4, 5} 가 대상 배열 dest 의 0 ~ 0 + 5 - 1 위치에 복사됩니다. 따라서 배열 dest 의 값은 원본 배열과 동일한 {1, 2, 3, 4, 5} 입니다.

2. 원본 배열의 복사할 원소 개수 조절하기

    @Test
    @DisplayName("원본 배열의 복사할 요소 개수 조절하기")
    void changeCopyLength() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);
        //then
        int[] result = {1, 2, 3, 0, 0};
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }

원본 배열에서 복사할 요소의 개수를 정할 수 있습니다. length 의 길이를 3 으로 설정했습니다. 그러면 src 배열의 0 ~ 0 + 3 - 1 까지 위치의 요소가 dest 배열의 0 ~ 0 + 3 - 1 위치에 복사됩니다. 결과는 위 코드에서 result 배열과 동일합니다.

3. 원본 배열의 시작 위치 변경하기

    @Test
    @DisplayName("원본 배열의 시작 위치 변경하기")
    void changeCopyStartPoint() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        System.arraycopy(src, 2, dest, 0, 3);
        // then
        int[] result = {3, 4, 5, 0, 0};
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }

원본 배열의 시작 위치를 변경할 수 있습니다. System.arraycopy() 메소드의 두번째 인자 값을 변경하면 됩니다. 파라미터 명은 srcPos 입니다. 위 코드에서 src 배열의 2 ~ 2 + 3 - 1 까지 위치의 요소가 dest 배열에 복사됩니다.

1. 대상 배열의 시작 위치 변경하기

    @Test
    @DisplayName("대상 배열의 시작 위치 변경하기")
    void changeCopyEndPoint() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        System.arraycopy(src, 2, dest, 2, 3);
        // then
        int[] result = {0, 0, 3, 4, 5};
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }

System.arraycopy() 메소드의 4번째 인자를 변경하면 됩니다. 파라미터 명은 destPos 입니다. 위 코드에서 dest 배열의 2 ~ 2 + 3 - 1 까지 위치에 복사됩니다.

1. 원본 배열의 시작 위치(srcPos) + 복사할 요소 개수(length) 크기가 원본 배열 크기보다 큰 경우 에러

    @Test
    @DisplayName("원본 배열의 시작 위치 + 복사할 요소 개수의 크기가 원본 배열의 크기보다 큰 경우 에러")
    void outOfSrcArrayLength() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        assertThatThrownBy(() -> System.arraycopy(src, 3, dest, 0, 3))
                .isInstanceOf(IndexOutOfBoundsException.class); // then
    }

위 코드에서 원본 배열의 3번째 인덱스부터 3개 요소를 복사하는데 원본 배열의 크기는 5 이기 때문에 3번째, 4번째 인덱스 요소까지는 복사가 가능하지만 5번째 인덱스는 없으므로 IndexOutOfBoundsException 이 발생하게 된다.

1. 대상 배열의 시작 위치(destPos) + 복사할 요소 개수(length)의 크기가 대상 배열의 크기보다 큰 경우 에러

    @Test
    @DisplayName("대상 배열의 시작 위치 + 복사할 요소 개수의 크기가 대상 배열의 크기보다 큰 경우 에러")
    void outOfDestArrayLength() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        // when
        assertThatThrownBy(() -> System.arraycopy(src, 0, dest, 3, 3))
                .isInstanceOf(IndexOutOfBoundsException.class); // then
    }

앞서 5. 원본 배열의 시작 위치(srcPos) + 복사할 요소 개수(length) 크기가 원본 배열 크기보다 큰 경우 에러 에서 설명한 이유와 동일하다.

Arrays.copyOf() 와 비교하기

배열을 복사하는 또 다른 방법으로는 Arrays 클래스에서 제공하는 copyOf() 메소드가 있는데 해당 메소드도 결국 내부적으로 System.arraycopy() 메소드를 사용하고 있어 성능 상의 차이는 없습니다. 대신 Arrays 클래스가 제공하는 다양한 메소드가 있어 편리함이 있습니다.

여기에선 arraycopy() 메소드의 내부 구현 상의 추가 로직이 있어 System.arraycopy() 메소드와의 차이점에 대해 간략히 알아보겠습니다.

1. 복사되는 대상 배열의 크기

    @Test
    @DisplayName("Arrays.copyOf() 메소드와 비교하기")
    void arraysCopyOf() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[3]; // 크기가 3이라는 것에 주목
        // when
        System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);
        int[] result = Arrays.copyOf(src, 3);
        // then
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }    

위 코드를 보면 src 배열의 요소 {1, 2, 3} 을 dest 배열의 0 ~ 3 - 1 위치에 복사합니다. 앞선 예제에서는 대상 배열의 크기가 5 였고 비어 있는 자리는 0 으로 채워져 있었습니다. 하지만 Arrays.copyOf() 메소드는 아래와 같이 구현되어 있어 복사할 요소의 개수만큼의 크기를 가진 배열을 만들어 반환합니다.

public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
    if (newLength == original.length) {
        return original.clone();
    }
    int[] copy = new int[newLength]; // 복사할 요소의 개수만큼의 크기를 가진 배열을 만든다.
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

그래서 위 코드의 newLength 가 복사할 원본 배열 original 의 크기보다 커도 상관이 없습니다. 그 차이만큼 0 으로 채워집니다. 아래는 그 예시 코드입니다.

    @Test
    @DisplayName("Arrays.copyOf() 메소드에서 배열의 크기를 넘어가는 경우")
    void outOfBoundsArrayLength() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[8]; // 크기가 8이라는 것에 주목
        // when
        System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 5);
        int[] result = Arrays.copyOf(src, 8);
        // then
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }

원본 배열의 0 ~ 4번째 위치의 요소를 복사하고 나머지 위치는 0 으로 채웁니다. System.arraycopy() 메소드에선 dest 배열의 크기를 8 로 미리 설정해야 합니다. Arrays.copyof() 를 사용하면 조금 더 유연하게 배열을 복사할 수 있습니다.

1. 정해진 범위 복사하기

    @Test
    @DisplayName("정해진 범위 복사하기")
    void copyOfRange() {
        // given
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        // when
        int[] dest = Arrays.copyOfRange(src, 2, 8); // 8번째는 제외
        int[] result = {3, 4, 5, 0, 0, 0};
        // then
        assertThat(dest).isEqualTo(result);
    }

2번째 위치의 요소부터 7번째 요소의 값을 복사하고 범위를 넘어선 경우, 0으로 채웁니다.

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마무리

지금까지 배열을 복사하는 방법에 대해 알아봤습니다. Arrays 클래스는 위에서 말한 배열 복사 외에도 asList() 나 compare() 메소드, fill(), equals() 메소드 등 이름만 봐도 유용할 것 같은 다양한 메소드를 제공하기 때문에 다양한 상황에서 활용도가 높을 것 같습니다.

대신 System.arraycopy() 메소드는 이미 복사 대상인 배열이 있다면 매번 새로운 배열을 만들어서 반환하는 Arrays.copyOf() 메소드보다 더 적합할 것 같습니다.

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참조

• Java 11 docs - System.arraycopy()
• Java 11 docs - Arrays