【算法--链表】146.LRU缓存--通俗讲解
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通俗易懂讲解“LRU缓存”算法题目
一、题目是啥？一句话说清
设计一个LRU缓存，支持get和put操作，当缓存满时淘汰最久未使用的数据，且get和put操作的时间复杂度必须是O(1)。
示例：
- 初始化：容量为2
- put(1, 1) → 缓存: {1=1}
- put(2, 2) → 缓存: {1=1, 2=2}
- get(1) → 返回1，缓存: {2=2, 1=1}（1被访问，移到前面）
- put(3, 3) → 缓存满，淘汰2，缓存: {1=1, 3=3}
二、解题核心
使用哈希表+双向链表。哈希表保证get操作O(1)，双向链表维护使用顺序（最近使用的在头，最久未使用的在尾），保证put操作O(1)。
这就像有一个字典（哈希表）可以快速找到物品，还有一个排队队列（双向链表）记录物品的使用顺序，新用的或刚访问的放到队头，队尾的就是最久未用的，满了就淘汰队尾。
三、关键在哪里？（3个核心点）
想理解并解决这道题，必须抓住以下三个关键点：
1. 哈希表的快速查找
- 是什么：哈希表存储键到双向链表节点的映射，通过键可以立即找到对应的节点。
- 为什么重要：这使得get操作可以在O(1)时间内完成，因为我们不需要遍历链表来查找节点。
2. 双向链表的顺序维护
- 是什么：双向链表按使用顺序排列节点，最近使用的节点在头部，最久未使用的在尾部。
- 为什么重要：当需要淘汰时，我们可以直接删除尾部节点；当访问或添加节点时，我们可以将其移到头部，这些操作都是O(1)。
3. 节点操作的原子性
- 是什么：在get和put操作中，需要将节点移到链表头部，这涉及删除节点和添加节点的操作。
- 为什么重要：这些操作必须正确更新节点的前后指针，否则会导致链表断裂或错误。同时，哈希表必须与链表同步更新。
四、看图理解流程（通俗理解版本）
假设缓存容量为2，操作序列如下：
-
初始化：缓存为空，双向链表为空，哈希表为空。
- 链表：头 ←→ 尾（虚拟节点）
-
put(1, 1)：
- 创建节点(1,1)，添加到链表头部。
- 哈希表记录键1指向该节点。
- 链表：头 ←→ [1] ←→ 尾
-
put(2, 2)：
- 创建节点(2,2)，添加到链表头部。
- 哈希表记录键2指向该节点。
- 链表：头 ←→ [2] ←→ [1] ←→ 尾
-
get(1)：
- 通过哈希表找到节点[1]。
- 将节点[1]从链表中删除（断开连接），然后添加到头部。
- 链表：头 ←→ [1] ←→ [2] ←→ 尾
- 返回1。
-
put(3, 3)：
- 缓存已满（容量2），需要淘汰最久未使用的节点[2]（在尾部）。
- 删除节点[2]，并从哈希表中移除键2。
- 创建节点(3,3)，添加到链表头部。
- 哈希表记录键3指向该节点。
- 链表：头 ←→ [3] ←→ [1] ←→ 尾
五、C++ 代码实现（附详细注释）
#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;// 双向链表节点定义
struct DLinkedNode {int key, value;DLinkedNode* prev;DLinkedNode* next;DLinkedNode() : key(0