leecode第146题：LRU缓存机制

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题目：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) - 如果关键字 (key) 存在于缓存中，则获取关键字的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, 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「关键字/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久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

原题链接

解题思路：采用双向链表和哈希表实现。双向链表中记录key, val两个值，以及prev和next两个指针。哈希表以key作为索引，值为链表节点。

  • 获取数据时，在哈希表中根据key查找

    • key在哈希表中，根据表中存储的链表节点返回val；并将该节点放到链表的头部。
    • key不在哈希表中，返回-1。

  • 写入数据时，判断key是否已经在哈希表中

    • key在哈希表中，重新覆盖该链表的val值，并将该链表节点移动至头部；
    • key不在哈希表中，新建一个链表节点，并将链表节点放到头部；之后判断此时的链表长度是否超过容量，若超过容量，则删除链表的尾部节点，并将该节点对应的key从哈希表中删除。

代码：

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struct dListNode {
    int key;
    int val;
    dListNode* prev;
    dListNode* next;
    dListNode(): key(0), val(0), prev(NULL), next(NULL){}
    dListNode(int k, int v): key(k), val(v), prev(NULL), next(NULL) {}
};

class LRUCache {
private:
    int size;
    int capacity;
    dListNode* head = new dListNode();
    dListNode* tail = new dListNode();
    unordered_map<int, dListNode*> cache;
public:
    LRUCache(int capacity) {
        this->capacity = capacity;
        this->size = 0;
        this->head->next = this->tail;
        this->tail->prev = this->head;
    }
    int get(int key) {
        if (!cache.count(key)) {
            return -1;
        } else {
            dListNode* tmp = cache[key];
            mv2head(tmp);
            return tmp->val;
        }
    }
    
    void put(int key, int value) {
        if (!cache.count(key)) {
            dListNode* tmp = new dListNode(key, value);
            cache[key] = tmp; //注意，新增加的节点要添加进哈希表中。
            add2head(tmp);
            size += 1;
            if (size>capacity) {
                dListNode* tail_rmed = rm_tail();
                cache.erase(tail_rmed->key); //删除的节点要从哈希表中删除
                delete tail_rmed; //释放内存
                size -= 1; 
            }
        }
        else {
            dListNode* tmp = cache[key];
            tmp->val = value;
            mv2head(tmp);
        }
    }
    void rm_node(dListNode* p) {
        p->next->prev = p->prev;
        p->prev->next = p->next;
    } 
    void add2head(dListNode* p) {
        p->next = head->next;
        p->prev = head;
        head->next = p;
        p->next->prev = p;
    }
    dListNode* rm_tail() {
        dListNode* tmp = tail->prev;
        tail->prev = tmp->prev;
        tail->prev->next = tail;
        return tmp;
    }
    void mv2head(dListNode* p) {
        rm_node(p);
        add2head(p);
    }
    ~LRUCache () {
        while (head) {
            dListNode* tmp = head->next;
            delete head;
            head = tmp;
        }
    }
};

/**
 * 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);
 */