LRU缓存机制

题目描述

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。

进阶:
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

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

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/lru-cache
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思路（哈希表 + 双向链表）

用哈希表存储键值(key)与其对应结点，使得get达到O(1)的时间复杂度。
双向链表模拟缓存机制。初始化一个头结点和一个尾结点，当新插入结点或刚刚访问过结点(get)时，将该结点插到头结点后，如果此时双向链表中（除了头尾结点）的结点数超过了缓存容量，则删除尾结点前一个结点，即最近都未访问过的结点。插入和删除操作同时还要更新哈希表。访问结点后要更新结点对应的value。

代码（c++）

class LRUCache {
private:
    struct LinkNode{
        int key;
        int value;
        LinkNode* left;
        LinkNode* right;
        LinkNode(int x,int y): key(x),value(y),left(NULL),right(NULL){}
    };
    map<int,LinkNode*> hashTable;
    LinkNode* head;
    LinkNode* tail;
    int size=0;
    int capacity;
    
public:
    LRUCache(int capacity) {
        this->capacity=capacity;
        head=new LinkNode(-1,-1);
        tail=new LinkNode(-1,-1);
        head->right=tail;
        tail->left=head;
    }
    
    int get(int key) {
        if(hashTable.find(key)==hashTable.end()) return -1;
        updateNode(hashTable[key]);
        return hashTable[key]->value;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        if(hashTable.find(key)==hashTable.end()){
            LinkNode* new_node=new LinkNode(key,value);
            add(new_node);
            hashTable[key]=new_node;
            size+=1;
            if(size>capacity){
                remove();
                size-=1;
            }
        }
        else{
            hashTable[key]->value=value;
            updateNode(hashTable[key]);
        }
    }
    
    void updateNode(LinkNode* node){
        LinkNode* pre=node->left;
        LinkNode* post=node->right;
        pre->right=post;
        post->left=pre;
        add(node);
    }
    
    void add(LinkNode* &node){
        head->right->left=node;
        node->right=head->right;
        head->right=node;
        node->left=head;
    }
    
    void remove(){
        LinkNode* pre=tail->left->left;
        LinkNode* d=tail->left;
        int key=d->key;
        pre->right=tail;
        tail->left=pre;
        d->left=NULL;
        d->right=NULL;
        delete(d);
        hashTable.erase(hashTable.find(key));
    }
};

/**
 * 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);
 */