面试题 16.25. LRU缓存

难度中等2

设计和构建一个“最近最少使用”缓存，该缓存会删除最近最少使用的项目。缓存应该从键映射到值(允许你插入和检索特定键对应的值)，并在初始化时指定最大容量。当缓存被填满时，它应该删除最近最少使用的项目。

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。

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

通过双向链表 + hash表的形式，链表用于储存节点，方便节点之间的移动，最右边存储最久没有使用的，最左边用于存储最新使用的。hash表用于进行定位，便于快速找到对应的值

class LRUCache {
public:
    struct node {
        int key;
        int val;
        node* pre;
        node* nex;
        node(){}
        node(int xx, int yy) {
            key = xx;
            val = yy;
            pre = nullptr;
            nex = nullptr;
        }
    };

    LRUCache(int capacity) {
        real_size = 0;
        max_size = capacity;
        head = new node(-1, -1);
        tail = new node(-1, -1);
        head->nex = tail;
        head->pre = tail;
        tail->nex = head;
        tail->pre = head;
    }
    
    int get(int key) {
        if(!sto.count(key))
            return -1;
        judge_head(key);
        return sto[key]->val;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        if(max_size <= 0)
            return ;
        if(sto.count(key)) {
　　　　　　/* 可能会更新 */
            judge_head(key);
            sto[key]->val = value;
            return ;
        }
        if(real_size >= max_size) {
            auto cur = tail->pre;
            auto prev = cur->pre;
            tail->pre = prev;
            prev->nex = tail;
            cur->nex = nullptr;
            cur->pre = nullptr; 
            sto.erase(cur->key);
            //ree(cur);
            real_size--;
        }
        
        auto  cur = new node(key, value);
        auto next = head->nex;
        head->nex = cur;
        next->pre = cur;
        cur->pre = head;
        cur->nex = next;
        sto[key] = cur;
        real_size++;
        return ;
    }

    void judge_head(int key) {
            auto cur = sto[key];
            auto prev = cur->pre;
            auto next = cur->nex;

            prev->nex= next;
            next->pre = prev;
            cur->pre = nullptr;
            cur->nex = nullptr;

            next = head->nex;
            head->nex = cur;
            next->pre = cur;
            cur->pre = head;
            cur->nex= next;
            return ;
    }
private:
    int real_size;
    int max_size;
    node *head;
    node *tail;
    unordered_map<int, node*> sto;
};

/**
 * 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);
 */