[データ構造編]非プログラミングエンジニアがデータ構造の基礎から学び直してみた！

<?php
// ファイルパスを配列に格納
$filePaths = [
'/path/to/file1.txt',
'/path/to/file2.txt',
'/path/to/file3.txt'
];

// 配列内の各ファイルパスをループで処理
foreach ($filePaths as $path) {
// ファイルが存在するか確認
if (file_exists($path)) {
// ファイルを読み込む処理
$content = file_get_contents($path);
echo "File path: $path\n";
echo "Content:\n$content\n\n";
} else {
echo "File not found: $path\n";
}
}

リスト（List）の柔軟さ

配列に慣れてきたところで、次に取り組んだのが「リスト」です。配列とリストは似ているようで、実は異なる点がいくつもあります。

リストは配列と違ってサイズを気にせず、要素を動的に追加・削除できるのが特徴です。この「動的」という言葉がポイントで、例えばインフラの設定管理ツールでサーバーのIPリストやインストールするパッケージ一覧など、定義が頻繁に変更されるリストに動的に設定を追加・削除するような場面では、この「リスト」の概念が生きてきます。リストに追加や削除を行うことで、環境構築のコードを動的に変えずに、簡単に構成の変更ができるようになります。

<?php
// 配列の作成
$fruits = ["りんご", "ばなな", "みかん"];

// 配列の表示
echo "初めの配列: ";
print_r($fruits);

// 配列に要素を追加
$fruits[] = "ぶどう"; // 新しい要素を末尾に追加
echo "要素を追加した後: ";
print_r($fruits);

// 配列から要素を削除
$index = array_search("ばなな", $fruits); // "ばなな"のインデックスを取得
if ($index !== false) {
unset($fruits[$index]); // 要素を削除
}
echo "要素を削除した後: ";
print_r($fruits);

// 配列の最初の要素を変数に割り当て
list($firstFruit, $secondFruit) = array_slice($fruits, 0, 2); // 最初の2つの要素を取得
echo "最初の果物: $firstFruit\n";
echo "2番目の果物: $secondFruit\n";

// 配列の要素をループで表示
echo "残っている果物:\n";
foreach ($fruits as $fruit) {
echo $fruit . "\n";
}

// 配列の長さを表示
echo "配列の長さ: " . count($fruits) . "\n";
?>

実行結果

初めの配列: Array
(
[0] => りんご
[1] => ばなな
[2] => みかん
)
要素を追加した後: Array
(
[0] => りんご
[1] => ばなな
[2] => みかん
[3] => ぶどう
)
要素を削除した後: Array
(
[0] => りんご
[2] => みかん
[3] => ぶどう
)
最初の果物: りんご
2番目の果物: みかん
残っている果物:
りんご
みかん
ぶどう
配列の長さ: 3

実行結果の説明
1.初めの配列: 最初に作成した配列$fruitsには、りんご、ばなな、みかんが含まれています。
2.要素を追加$fruits[] = "ぶどう";した後: ぶどうを追加した結果、配列に新しい要素が加わったことが確認できます。
3.要素を削除unsetした後: ばななが削除された後の配列の状態が表示されます。この際、インデックスがずれているため、1が削除され、配列のインデックスは0、2、3になります。
4.最初の果物と2番目の果物: list()関数を使って、最初の2つの果物を変数に割り当て、その値が表示されます。
5.残っている果物: foreachループで現在の配列の内容を順番に表示します。
6.配列の長さ: 最後に、count()関数を使って配列の要素数が3であることを表示します。

リストのような柔軟なデータ構造に慣れると、「リンクリスト」「スタック」「キュー」など、さらに特殊なリストの概念にも触れることができます。

・リンクリスト（Linked List）

• 概要: 要素同士が「次の要素」へのリンク（ポインタ）を持っていて、ひとつながりのリストを形成しています。
• 特徴:
  • メモリの連続領域を必要とせず、データの追加・削除が柔軟。
  • 配列と違い、要素を挿入・削除する際に他の要素を移動させる必要がありません。

使いどころ: データの追加・削除が頻繁に発生する場面。たとえば、メモリ効率を優先したキューやスタック実装で使われることがあります。

・スタック（Stack）

• 概要: 「後入れ先出し（LIFO: Last In, First Out）」のルールに従うデータ構造です。
• 特徴:
  • 最後に入れたデータが最初に取り出されるため、履歴や「戻る」操作に向いています。
  • データを追加する「プッシュ」と、データを取り出す「ポップ」操作が基本です。
• 使いどころ: ブラウザの「戻る」ボタンやテキストエディタの「アンドゥ」機能など、処理を一時的に記憶し、順番に取り出したい場面。

・キュー（Queue）

• 概要: 「先入れ先出し（FIFO: First In, First Out）」のルールに従うデータ構造です。
• 特徴:
  • 最初に追加されたデータが最初に取り出されるため、順番に処理が必要な場面に適しています。
  • データを追加する「エンキュー」と、データを取り出す「デキュー」操作が基本です。
• 使いどころ: タスクの順番待ちや、サーバーへのリクエスト処理など、データを順番に処理する必要がある場面。

マップ（Map）

次に理解したのが「マップ（Map）」と呼ばれるデータ構造です。マップはキーと値のペアでデータを管理するもので、データを素早く検索するのに適しています。例えば、ユーザーIDとその設定情報を関連付けるといったケースで活躍するのがMapです。インフラ業務においても、サーバーの名前とIPアドレスをMapで紐づけて管理すれば、特定のサーバーを探す際に便利です。

下記にサーバーの名前とIPアドレスをマップ（連想配列）で紐づけて管理するPHPのサンプルコードを作成してみました。

このコードでは、サーバーの名前をキー、IPアドレスを値として管理します。

<?php
// サーバー名とIPアドレスの連想配列を作成
$servers = [
"web_server" => "192.168.1.10",
"db_server" => "192.168.1.20",
"cache_server" => "192.168.1.30",
"file_server" => "192.168.1.40"
];

// サーバー情報を表示
echo "初めのサーバー情報:\n";
print_r($servers);

// 新しいサーバーを追加
$servers["mail_server"] = "192.168.1.50";
echo "新しいサーバーを追加した後:\n";
print_r($servers);

// サーバーのIPアドレスを検索
$searchServer = "db_server";
if (array_key_exists($searchServer, $servers)) {
echo "$searchServer のIPアドレス: " . $servers[$searchServer] . "\n";
} else {
echo "$searchServer は存在しません。\n";
}

// サーバーを削除
unset($servers["cache_server"]); // cache_server を削除
echo "cache_server を削除した後:\n";
print_r($servers);

// 最終的なサーバー情報を表示
echo "最終的なサーバー情報:\n";
foreach ($servers as $serverName => $ipAddress) {
echo "サーバー名: $serverName, IPアドレス: $ipAddress\n";
}
?>

初めのサーバー情報:
Array
(
[web_server] => 192.168.1.10
[db_server] => 192.168.1.20
[cache_server] => 192.168.1.30
[file_server] => 192.168.1.40
)
新しいサーバーを追加した後:
Array
(
[web_server] => 192.168.1.10
[db_server] => 192.168.1.20
[cache_server] => 192.168.1.30
[file_server] => 192.168.1.40
[mail_server] => 192.168.1.50
)
db_server のIPアドレス: 192.168.1.20
cache_server を削除した後:
Array
(
[web_server] => 192.168.1.10
[db_server] => 192.168.1.20
[file_server] => 192.168.1.40
[mail_server] => 192.168.1.50
)
最終的なサーバー情報:
サーバー名: web_server, IPアドレス: 192.168.1.10
サーバー名: db_server, IPアドレス: 192.168.1.20
サーバー名: file_server, IPアドレス: 192.168.1.40
サーバー名: mail_server, IPアドレス: 192.168.1.50