[LC]146.LRU缓存

题目

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类：

• 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 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

分析

为了满足平均$O(1)$的时间复杂度，采用哈希表+双链表的方式实现。其中哈希表用来查找指定的键，而双链表则用来维护访问时间，将最近访问过的值放在链表头，最久未使用的值放在队尾。

代码

class LRUCache {
public:
    LRUCache(int cap): capacity(cap), size(0) {
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head->next = tail;
        tail->prev = head;
    }
    
    int get(int key) {
        if (cache.find(key) == cache.end()) return -1;
        auto node = cache[key];
        move2head(node);
        return node->val;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        if (cache.find(key) != cache.end())
        {
            auto node = cache[key];
            node->val = value;
            move2head(node);
        }
        else
        {
            if (size == capacity)
            {
                // 1.删除LRU元素
                // 1.1 从哈希表中删除
                cache.erase(tail->prev->key);
                // 1.2 从链表中删除
                tail->prev->val = value;
                tail->prev->key = key;
                // 2.插入新元素
                cache.emplace(key, tail->prev);
                // 3.移动到对头
                move2head(tail->prev);
            }
            else
            {
                ++size;
                auto node = new DLinkedNode(key, value);
                add2head(node);
                cache.emplace(key, node);
            }
        }
    }

    ~LRUCache()
    {
        delete head;
        delete tail;
    }
private:
    struct DLinkedNode{
        int key, val;
        DLinkedNode *prev;
        DLinkedNode *next;
        DLinkedNode(): key(0), val(0), prev(nullptr), next(nullptr) {}
        DLinkedNode(int k, int v): key(k), val(v), prev(nullptr), next(nullptr) {}
    };
    void add2head(DLinkedNode *node)
    {
        node->next = head->next;
        head->next->prev = node;
        head->next = node;
        node->prev = head;
    }
    void removeNode(DLinkedNode *node)
    {
        node->prev->next = node->next;
        node->next->prev = node->prev;
    }
    void move2head(DLinkedNode *node)
    {
        removeNode(node);
        add2head(node);
    }
    
    unordered_map<int, DLinkedNode*> cache;
    DLinkedNode *head;
    DLinkedNode *tail;
    int capacity;
    int size;
};

/**
 * 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);
 */