题目146:LRU Cache
题目描述:
Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get and set.
get(key) - Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.
set(key, value) - Set or insert the value if the key is not already present. When the cache reached its capacity, it should invalidate the least recently used item before inserting a new item.
题目分析:
设计数据结构实现LRU,支持get和set操作,尽可能高效地操作。看get和set操作的定义,实际上是支持3个操作,查找、插入、删除,查找快自然是哈希表,插入和删除快自然是链表,如果是单链表每次插入删除都需要找到该链表的前驱,所以我们采用双向链表(因为双向链表保存要删除结点的前驱pre,不再需要查找获取前驱)。
链表结点保存的内容自然有:pre、next、key、val。
现在,数据结构我们确定了,那怎么对数据结构进行操作来支持get和set呢?
get操作:
1. 如果哈希表中没有查找的key,则返回-1;
2. 如果哈希表中找到key,则首先将该结点移动到双向链表的尾部,改变哈希表中对于的指针,再将该结点的值val返回;
set操作:
1. 如果哈希表中有查找的结点,则直接修改结点的val值,再将该结点移动到双向链表的尾部;
2. 如果哈希表中没有要查找的结点,则先判断缓存空间是否足够,如果缓存空间足够,则创建新结点并插入双向链表尾部,添加到哈希表中;如果缓存空间不足,则从双向链表头部删除结点后,并从哈希表中删除该结点,再创建新结点并插入双向链表尾部;
好了,过程清晰了,写代码时注意一些特殊的边界情况。
代码如下:
/* 链表结点结构体 */
struct Node {
Node *pre;
Node *next;
int val;
int key;
Node(int k, int v): pre(NULL), next(NULL), key(k), val(v){};
};
class LRUCache{
private:
map<int, Node *> mp;
int cap;
Node *tail; /* 头指针指向双向链表头 */
Node *head; /* 尾指针指向双向链表尾 */
public:
LRUCache(int capacity) {
cap = capacity;
/* clear()将map容器中的都删除 */
mp.clear();
head = 0;
tail = 0;
}
/* 都是在双向链表尾部插入 */
void InsertTail(Node *node) {
if (head == 0) {
head = node;
tail = node;
} else {
tail->next = node;
node->pre = tail;
tail = node;
}
}
/* 移动结点都是移动到双向链表尾部 */
void MoveTail(Node *node) {
if (node == tail)
return;
else {
if (node == head) {
node->next->pre = 0;
head = node->next;
tail->next = node;
node->pre = tail;
tail = node;
} else {
node->next->pre = node->pre;
node->pre->next = node->next;
tail->next = node;
node->pre = tail;
tail = node;
}
/* 新的尾结点next是空 */
node->next = 0;
}
}
/* 从双向链表的头部删除结点 */
void RemoveHead(Node *node) {
Node *del = head;
head = head->next;
/* 释放结点占的空间 */
delete del;
if (head)
head->pre = 0;
else
tail = 0;
}
int get(int key) {
if (mp.find(key) == mp.end())
return -1;
else {
Node *temp = mp[key];
MoveTail(temp);
return temp->val;
}
}
void set(int key, int value) {
if (mp.find(key) == mp.end()) {
if (mp.size() == cap) {
/* 从map容器中删除一个结点对 */
mp.erase(head->key);
RemoveHead(head);
}
Node *node = new Node(key, value);
mp[key] = node;
InsertTail(node);
} else {
MoveTail(mp[key]);
mp[key]->val = value;
}
}
};
其中:
1. 类中private成员可被类的成员函数和友元函数访问;
2. map是STL关联容器的一种,内部实现是红黑树,支持mp[key],下标访问。
3. map中插入< key, val>对的方法有3种:
(1)map.insert(pair< int, int>(1, 22));
(2)map.insert(map< int, int>::value_type(1, 22));
(3)map[1] = 22;
当map已经有该key时,采用(1)和(2)的方式,则不能插入数据,但采用(3)的方式可以覆盖原来的值。
3. map.clear(),删除map容器中的所有元素;
4. map.erase(),从map中删除元素,可以删除一个元素,如map.erase(key),或map.erase(iter),iter是迭代器;也可以删除多个元素,map.erase(iter1, iter2),一段范围;
参考:
http://yucoding.blogspot.com/2013/12/leetcode-question-lru-cache.html
http://www.cnblogs.com/TenosDoIt/p/3417157.html