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Leetcode 146. LRU 缓存哈希表 + 双向链表

news 2025/9/26 7:12:45

原题链接：Leetcode 146. LRU 缓存

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LRU（Least Recently Used，最近最少使用）缓存是一种内存数据管理策略，核心思想是：当缓存空间满时，优先淘汰 “最近一段时间内最少被访问” 的数据，为新数据腾出空间。它的设计目标是利用 “局部性原理”（程序或用户访问数据时，往往会在短时间内重复访问同一批数据），尽可能保留高频访问的数据，从而减少对底层存储（如数据库、硬盘）的依赖，提升数据读取效率。

LRU 的行为围绕 “访问” 和 “淘汰” 两个关键场景展开：

数据访问时（读 / 写）：
- 若数据已在缓存中（“命中”），则将其标记为 “最近使用过”（更新它的访问优先级，避免被优先淘汰）；
- 若数据不在缓存中（“未命中”），则将其存入缓存；若缓存已满，先淘汰 “最久未访问” 的数据，再存入新数据。
缓存满时淘汰：
严格选择 “最近一段时间内没有被访问过” 或 “访问频率最低” 的数据进行删除。

LRU 的高效实现需要满足两个核心需求：

快速查找数据（判断是否在缓存中）
快速更新 / 删除数据（调整访问优先级、淘汰旧数据）
经典实现采用 “哈希表 + 双向链表” 的组合

代码参考官解：LRU缓存机制

// 设计一个双向链表结构体
struct Node{int key,value;Node* prev;Node* next;Node():key(0),value(0),prev(nullptr),next(nullptr) {};Node(int k,int v):key(k),value(v),prev(nullptr),next(nullptr) {};
};class LRUCache {
private:int size;int capacity;Node* head;Node* tail;unordered_map<int,Node*> cache;
public:LRUCache(int _capacity): capacity(_capacity),size(0) {head = new Node();tail = new Node();head->next = tail;tail->prev = head;}int get(int key) {// 如果在当前缓存内没有找到if(!cache.count(key)){return -1;}// 如果找到Node* node = cache[key];move_to_head(node);return node->value;}void put(int key, int value) {// 如果在当前缓存内没有找到if(!cache.count(key)){// 如果 key 不存在，创建一个新的节点Node* node = new Node(key,value);// 添加进哈希表cache[key]=node;size++;// 添加至双向链表的头部add_to_head(node);if(size>capacity){// 如果超出容量，删除双向链表的尾部节点Node* drop_node = remove_tail();// 删除哈希表中对应的项cache.erase(drop_node->key);// 防止内存泄漏delete drop_node;size--;}}//如果当前缓存中有else{// 如果 key 存在，先通过哈希表定位，再修改 value，并移到头部Node* node = cache[key];node->value = value;move_to_head(node);}}void add_to_head(Node* node){node->prev = head;node->next = head->next;head->next->prev = node;head->next = node;}void remove_node(Node* node){node->prev->next = node->next;node->next->prev = node->prev;}void move_to_head(Node* node){remove_node(node);add_to_head(node);}Node* remove_tail(){Node* node = tail->prev;remove_node(node);return node;}};/*** 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);*/