Rust高级代码题 - 手写一个 LRU Cache

Hi guys, this is Kevin here. 今天想给大家锻炼一个rust的底层数据结构的设计能力的题目，同时为了帮自己加深对rust的理解。好的，现在直接进入正题。

题目

实现：

rust 复制代码

struct LruCache<K, V>{...}

支持：

new(capacity: usize) -> Self
get(&mut self, key: &K) -> Option<&V>
put(&mut self, key: K, value: V)
超过容量时淘汰最近最少使用的元素要求：
get 后要更新最近使用顺序
时间复杂度尽量做到接近 O(1)

考点

HashMap
双向链表
Rc<RefCell<_>> / Box / 裸指针取舍
可变借用冲突怎么规避
数据结构设计能力

实现思路： LRU - 全称least-recent-used（最近最少使用）

Solution 1:

Hashmap + Vec

rust 复制代码

因为hashmap查找复杂度0(1), 更新顺序的话： 0(n) Vec中需要移除并添加
所以这个不太满足

Solution 2:

HashMap + 双向链表 + 裸指针

rust 复制代码

HashMap<K, *mut Node<V>>  // 直接存指针
性能: 最优
风险: 内存安全性难以保证，容易段错误
不推荐用于生产环境

Solution 3:

HashMap + 双向链表 + Rc<RefCell<_>>

rust 复制代码

HashMap<K, Rc<RefCell<Node<V>>>>
性能: O(1)
安全性: 完全的内存安全
可维护性: 高

关键结构：

rust 复制代码

struct Node<V> {
    value: V,
    prev: Option<Rc<RefCell<Node<V>>>>,
    next: Option<Rc<RefCell<Node<V>>>>,
}

struct LruCache<K, V> {
    capacity: usize,
    cache: HashMap<K, Rc<RefCell<Node<V>>>>,
    head: Option<Rc<RefCell<Node<V>>>>,  // 最近使用
    tail: Option<Rc<RefCell<Node<V>>>>,  // 最少使用
}

See complete implementation, please refers to:

github.com/KevinSheera...

同时，unit test已经都pass了

最后的summary

好啦，其实如果手动实现的话，确实需要做一个详细的分析，才能真正从中领悟他的hashmap的底层实现和所有权机制。今天的分享就到这里， thanks for reading.