Leetcode 146. LRU 缓存哈希表 + 双向链表

原题链接：Leetcode 146. LRU 缓存

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

cpp 复制代码

// 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);
 */

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