设计和实现一个LRU缓存类

Posted 2021-09-03 半梦半醒时

题目：

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) 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「key-value」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，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？

思路：

如果是O(n)的时间复杂度，那么可以把数据存在slice中，每次查询或者插入时，都遍历一遍，但是要在O(1)时间复杂度内实现，必然要使用哈希表，也就是要使用空间来换时间。

在具体实现上，哈希表用于存储值，双向链表用于记录最新使用过的和最久未使用的数据，方便进行增删改查。

关键部分：

在head和tail的地方使用哨兵节点，有边界条件，可以省去判断相邻节点是否存在的情况（举个例子？）

代码实现（哈希表+双向链表）：

package mainimport (    "fmt")type LRUCache struct {    capacity   int    size       int    cache      map[int]*DataLinkNode    head, tail *DataLinkNode}type DataLinkNode struct {    key, value int    next, prev *DataLinkNode}//初始化缓存func Constructor(capacity int) *LRUCache {    head := InitialNode(0, 0)    tail := InitialNode(0, 0)    head.next = tail    tail.prev = head    return &LRUCache{        capacity: capacity,        cache:    make(map[int]*DataLinkNode, capacity),        head:     head,        tail:     tail,    }}//初始化节点func InitialNode(key, value int) *DataLinkNode {    return &DataLinkNode{        key:   key,        value: value,    }}func (l *LRUCache) Get(key int) int {    if _, ok := l.cache[key]; !ok {        return -1 //key不存在    }    node := l.cache[key]    l.removeNode(node)    l.moveToHead(node)    return node.value}func (l *LRUCache) Put(key, value int) {    if _, ok := l.cache[key]; !ok { // key不存在        l.addToHead(InitialNode(key, value))        l.size++        if l.size > l.capacity {            l.removeTail()            delete(l.cache, key) //记得删除去掉的节点            l.size--        }    } else {        l.cache[key].value = value        node := l.cache[key]        l.moveToHead(node)    }}//增加节点到headfunc (l *LRUCache) addToHead(node *DataLinkNode) {    node.next = l.head.next    node.prev = l.head    l.head.next.prev = node    l.head.next = node}//移动节点到headfunc (l *LRUCache) moveToHead(node *DataLinkNode) {    l.removeNode(node)    l.addToHead(node)}//删除一个节点func (l *LRUCache) removeNode(node *DataLinkNode) {    node.prev.next = node.next    node.next.prev = node.prev}//删除最后一个节点func (l *LRUCache) removeTail() *DataLinkNode {    node := l.tail.prev    l.removeNode(node) //删除一个节点，直接调用自己的removeNode方法    return node}func main() {    cache1 := Constructor(3)    cache1.Put(1, 1)    cache1.Put(2, 2)    cache1.Get(1)    cache1.Put(3, 3)    cache1.Put(4, 4)    for cache1.head != nil {        fmt.Println(cache1.head.key)        cache1.head = cache1.head.next    }}

这道题感觉还是比较麻烦，指针指来指去很容易出问题，写的时候要很细心。

补充一个数组版本的LRU实现：

type LRUCache struct {    len     int    dataList []Data //存储key,value}type Data struct {    Key int    Val int}func Constructor(capacity int) LRUCache {    return LRUCache{        len:capacity,    }}func (this *LRUCache) Get(key int) int {    isExist := false  //标志是否存在    index := 0    tmp := Data{}    for i, val := range this.dataList{ //存在key，把index和value取出        if val.Key == key {     //同时标记isExist为true            isExist = true            index = i             tmp = val             break        }    }    if isExist {        for ; index < len(this.dataList)-1; index++ {            this.dataList[index] = this.dataList[index+1]        } //需要整体左移，最右边的数据是最新使用过的        this.dataList[index] = tmp        return tmp.Val    }    return -1}func (this *LRUCache) Put(key int, value int)  {    isExist := false //标志位    index := 0  //索引位    for i, val := range this.dataList {        if val.Key == key {  //如果存在key，取出index，设置isExist为true            isExist = true            index = i             break        }    }    if isExist {        for ; index < len(this.dataList)-1; index++ {            this.dataList[index] = this.dataList[index+1]        }//整体左移，最新使用过的数据放在最右边        this.dataList[index] = Data{Key:key, Val:value}    } else {//如果缓存已经满了，整体左移，然后把数据放在最右边一位        if len(this.dataList) == this.len {            for i := 0; i < this.len-1; i++ {                this.dataList[i] = this.dataList[i+1]            }            this.dataList[this.len-1] = Data{Key:key, Val:value}        } else {//如果没有满，直接插入在最后            this.dataList = append(this.dataList,Data{Key:key, Val:value})        }    }}/** * Your LRUCache object will be instantiated and called as such: * obj := Constructor(capacity); * param_1 := obj.Get(key); * obj.Put(key,value); */