运用你所掌握的数据结构,设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作: 获取数据 get 和 写入数据 put 。
获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中,则获取密钥的值(总是正数),否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在,则写入其数据值。当缓存容量达到上限时,它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值,从而为新的数据值留出空间。
进阶:
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作?
示例:
LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4
思路分析:使用双向链表保存键值对,哈希表将key和键值对在链表中的迭代器关联,方便寻找。插入、寻找操作后需要将本次使用过的节点放到表头,以标记最近使用。(下面的代码是评论区翻阅而来,我只是加上了注释)
class LRUCache {
private:
struct _node {//节点程序表示
int _key;
int _val;
_node(int k, int v) :_val(v), _key(k) {};
};
list<_node> _list;//用于存放节点
unordered_map<int, list<_node>::iterator>keynode;//将key与节点在list中的迭代器关联
int _maxsize;//缓存的最大容量
int _cursize;//缓存现在大小
public:
LRUCache(int capacity) {
_maxsize = capacity;
_cursize = 0;
}
//获取key对应的value
int get(int key) {
if (_cursize == 0) {
return -1;
}
//如果寻找到了,得将它放置头部,以标记最近使用
if (keynode.find(key) != keynode.end()) {
int res = keynode[key]->_val;
_list.erase(keynode[key]);//在list容器擦除key对应的节点
_list.push_front(_node(key, res));//将key对应的节点放在list头部
keynode[key] = _list.begin();//重新标记keynode[key]
return res;
}
return -1;
}
//放置key、value
void put(int key, int value) {
//如果缓存中含有key,修改value,并且得将它放置头部,以标记最近使用
if (keynode.find(key) != keynode.end()) {
_list.push_front(_node(key, value));//将key对应的节点放在list头部
_list.erase(keynode[key]);//在list容器擦除key对应的节点
keynode[key] = _list.begin();
return;
}
//否则现行缓存大小增加
_cursize++;
if (_cursize <= _maxsize) {//如果大小不超过最大容量
_list.push_front(_node(key, value));//直接放入list头部,标记最近使用
keynode[key] = _list.begin();
}
else {
//超过最大值,需要删除表尾(最近没有使用过的
_list.push_front(_node(key, value));
int rkey = (--_list.end())->_key;//获取当前list尾部
keynode.erase(rkey);//擦除关联
keynode[key] = _list.begin();
_list.pop_back();//list删除表尾
}
}
};
/**
* Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
* LRUCache obj = new LRUCache(capacity);
* int param_1 = obj.get(key);
* obj.put(key,value);
*/