LeetCode LRU缓存

题目描述

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类：

• LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
• int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
• void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例：

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1);    // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3);    // 返回 3
lRUCache.get(4);    // 返回 4

思路：题目要求我们实现两个功能1.get查询功能，put删除功能（如果容器内的数达到容量 capacity，则删除最久未用的那个变量），需要注意的是，这里的最久未被被查询是怎么定义的？就像

原本指南针这个应用是再队列的最后一位，当我打开他一次后，他就跑到前面了，另外假设容器的容量为4，我再打开一个新的应用，那么，在最后一位的计算器就要被关掉。

普通的队列可以根据元素被压入的时间进行排序，但不能访问队列中间的元素，也不能提出，哈希表可以实现查询功能，但不能实现按照元素被访问时间进行排序，如果我们把他们结合起来，组成哈希链表，既有了哈希表的查询功能，也有了链表的先后顺序功能。这里采用的是双向链表

代码如下，逻辑比较简单，主要是函数的调用。

struct DLinkedNode {//双向链表的节点
    int key, value;//两个存变量的int变量
    DLinkedNode* prev;//指向上个节点
    DLinkedNode* next;//指向下个节点
    DLinkedNode() :key(0), value(0), prev(nullptr), next(nullptr){}//初始化节点的函数
    DLinkedNode(int _key,int _value):key(_key),value(_value),prev(nullptr),next(nullptr){}
};
class LRUCache {
private://这个是声明变量再class外面和内部都可访问
    unordered_map<int, DLinkedNode*>cache;//
    DLinkedNode* head;//创建头节点
    DLinkedNode* tail;//创建尾节点
    int size;//统计链表内有多少个节点
    int capacity;//容器容量
    /*public: 是一个访问说明符（access specifier），它用于指定类的成员（成员变量或成员函数）在类外部是否可见和可访问。public 成员可以从任何地方被访问，包括类的外部和其他文件中的代码。*/
public:
    LRUCache(int _capacity) : capacity(_capacity), size(0) {//这一步是为两个变量赋值
        head = new DLinkedNode();//创建两个空节点
        tail = new DLinkedNode();
        head->next = tail;
        tail->prev = head;

       
    };
    int get(int key) {
        if (!cache.count(key))//看看这个变量在不在队列当中
        {
            return -1;
        }
        //如果在队列当中。将他提到队列头部
        DLinkedNode* node = cache[key];
        moveToHead(node);
        return node->value;
    }
    void put(int key, int value) {
        if (!cache.count(key))
        {
            //如果不存在，创建一个新节点，压入哈希表
            DLinkedNode* node = new DLinkedNode(key, value);
            cache[key] = node;
            // 添加至双向链表的头部
            addToHead(node);//
            ++size;
            if (size > capacity)
            {
                DLinkedNode* removed = removeTail();//删除尾部节点
                // 删除哈希表中对应的项
                cache.erase(removed->key);//使用 erase 方法来删除 map 中的单个元素
                // 防止内存泄漏
                delete removed;
                --size;
            }
        
        }
        else {
            //如果存在，先定位节点的位置
            DLinkedNode* node = cache[key];
            node->value = value;//更改值
            addToHead(node);//将其移动到前面
        }
    }
    void addToHead(DLinkedNode* node)//将节点指向头节点
    {
        node->prev = head;//指向头结点
        node->next = head->next;//node节点指向未插入之前头节点的下一个节点
        head->next -> prev = node;//调整未插入之前头结点的下一个节点，指向node
        head->next = node;
    }
    void removeNode(DLinkedNode* node) {//这个函数用于从双向链表中移除一个节点
        node->prev->next = node->next;//前一个结点的next指向下一个节点
        node->next->prev = node->prev;//后一个节点的perv
   
    }
    void moveToHead(DLinkedNode* Node) {//将一个节点移动到头部
        removeNode(Node);//删除这个节点
        addToHead(Node);//将这个节点移动到头节点
    }

    DLinkedNode* removeTail() {//这个函数的作用是移除链表尾部的节点并返回他的值
        DLinkedNode* node = tail->prev;
        removeNode(node);
        return node;
    }


};