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题目:
设计和实现一个 LRU (最近起码应用) 缓存机制。
LRUCache(int capacity) 以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存。
int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1。
void put(int key, int value) 如果关键字曾经存在,则变更其数据值;如果关键字不存在,则插入该组「关键字 - 值」。当缓存容量达到下限时,它应该在写入新数据之前删除最久未应用的数据值,从而为新的数据值留出空间。
是否能够在 O(1) 工夫复杂度内实现这两种操作?
解决办法:
哈希表 + 双向链表
1、双向链表:节点凑近头部是最近应用的,凑近尾部是最久未应用的,在双向链表的头部增加节点、在双向链表的尾部删除节点的复杂度也为 O(1)。
2、哈希表:通过缓存数据的键映射到其在双向链表中的地位(定位),查找节点工夫复杂度:o(1)。
3、为了在链表操作过程中更少的判断头尾节点是否为 null,采纳哨兵机制,头尾都增加哨兵(与传统双向链表性能貌似无很大差异,只是判断 nullptr 较多容易出错)。
源码剖析:
// 节点定义
struct DLinkedNode
{
int key, value; // 节点在 hash 表里的键值和值
DLinkedNode* prev; // 此节点的前驱节点
DLinkedNode* next; // 此节点的后继节点
DLinkedNode() :key(0), value(0), prev(nullptr), next(nullptr) {} // 构造函数,赋值 key 和 value
DLinkedNode(int _key, int _value) :key(_key), value(_value), prev(nullptr), next(nullptr) {} // 带参构造函数(重载)};
//LRU 缓存类
class LRUCache {
private:
unordered_map<int, DLinkedNode*> cache; // 哈希映射表
DLinkedNode* head; // 双向链表头结点
DLinkedNode* tail; // 双向链表尾结点
int size; // 以后节点个数
int capacity; //LRU 缓存最大节点个数(容量)public:
LRUCache(int _capacity) :capacity(_capacity), size(0){head = new DLinkedNode(); // 哨兵节点,造成环形链表
tail = new DLinkedNode();
head->next = tail;
tail->prev = head;
}
// 获取数据
int get(int key){
// 判断是否缓存命中
if (!cache.count(key)){return -1;}
// 因为最近拜访了,所以移到链表最前端
DLinkedNode* node = cache[key];
moveToHead(node);
return node->value;
}
// 插入数据
void put(int key, int value){
// 如果缓存未命中,则创立新的节点,插入哈希,移到链表头部(最近拜访数据)// 缓存区满的话,要移除链表尾部节点,因为是最久未拜访的数据
if (!cache.count(key)){DLinkedNode* node = new DLinkedNode(key, value);
cache[key] = node;
addToHead(node);
++size;
if (size > capacity){DLinkedNode* removed = removeTail();
cache.erase(removed->key);
delete removed;
--size;
}
}
else{
// 取到此节点
DLinkedNode* node = cache[key];
// 赋值新值
node->value = value;
// 移到链表头部,变为最近拜访的数据
moveToHead(node);
}
}
private:
void addToHead(DLinkedNode* node){
node->prev = head;
node->next = head->next;
head->next->prev = node;
head->next = node;
}
void removeNode(DLinkedNode* node){
node->prev->next = node->next;
node->next->prev = node->prev;
}
// 挪动节点到头部
void moveToHead(DLinkedNode* node){
// 移除掉此节点
removeNode(node);
// 最近拜访数据放到头部
addToHead(node);
}
// 移除尾部节点
DLinkedNode* removeTail(){
DLinkedNode* node = tail->prev;
removeNode(node);
return node;
}
};
/*
测试数据:#include<iostream>
#include<unordered_map>
using namespace std;
int main(){LRUCache* lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache->put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache->put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache->get(1); // 返回 1
lRUCache->put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废,缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache->get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache->put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废,缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache->get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache->get(3); // 返回 3
lRUCache->get(4); // 返回 4
system("pause");
return 0;
}
*/
正文完