LRU Cache

目录

一、认识LRU Cache

二、LRU Cache实现

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一、认识LRU Cache

LRU是Least Recently Used的缩写，意思是最近最少使用，是一种Cache替换算法

狭义的Cache指的是位于CPU和主存间的快速RAM， 通常它不像系统主存那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术。 广义上的Cache指的是位于速度相差较大的两种硬件之间， 用于协调两者数据传输速度差异的结构。除了CPU与主存之间有Cache， 内存与硬盘之间也有Cache，乃至在硬盘与网络之间也有某种意义上的Cache── 称为Internet临时文件夹或网络内容缓存等

Cache的容量有限，因此当Cache的容量用完后，而又有新的内容需要添加进来时， 就需要挑选并舍弃原有的部分内容，从而腾出空间来放新内容。LRU Cache 的替换原则就是将最近最少使用的内容替换掉。其实，LRU译成最久未使用会更形象， 因为该算法每次替换掉的就是一段时间内最久没有使用过的内容

二、LRU Cache实现

实现LRU Cache的方法和思路很多，但是要保持高效实现  的put和get，那么使用双向链表和
哈希表的搭配是最高效和经典的。使用双向链表是因为其可以实现任意位置的插入和删除，使用哈希表是因为哈希表的增删查改也是 146. LRU 缓存 - 力扣（LeetCode）https://leetcode.cn/problems/lru-cache/description/

class LRUCache 
{
public:
    LRUCache(int capacity) :_capacity(capacity) {}
    
    int get(int key) 
    {
        // ret是unordered_map::iterator
        auto ret = _hashMap.find(key);
        if(ret != _hashMap.end())
        {
            ListIter it = ret->second;
            //利用splice函数，将_LURList中it指向的元素，插入_LURList.begin()的位置
            _LRUList.splice(_LRUList.begin(), _LRUList, it);
            // it不变，依旧可以使用
            return it->second;
        }
        else return -1;
    }
    
    void put(int key, int value) 
    {
        auto ret = _hashMap.find(key);
        if(ret == _hashMap.end())
        {
            //细节：在某些版本中的list中，size()是通过遍历实现的，效率较低
            if(_capacity == _hashMap.size())
            {
                pair back = _LRUList.back();
                _hashMap.erase(back.first);
                _LRUList.pop_back();
            }
            _LRUList.push_front(make_pair(key, value));
            _hashMap[key] = _LRUList.begin();
        }
        else
        {
            ListIter it = ret->second;
            it->second = value;
            _LRUList.splice(_LRUList.begin(), _LRUList, it);
        }
    }
private:
    typedef list>::iterator ListIter;
    unordered_map _hashMap;
    list> _LRUList;
    int _capacity;
};

• get操作：先通过哈希表查找到该结点  ，再将该结点移出链表，然后将移出的结点头插到链表中，最后进行返回
• put操作：若没有数据则进行插入数据，若有数据则进行数据更新。插入数据时，若数据已经达到上限，则删除链表尾的数据和哈希表中的数据，两个删除操作都是

上述代码中，将使用过的结点移到链表头部时，并没有采用先删除再插入的方法，而是使用了方法

该函数可以将元素从一个list转移到另一个list，并且不涉及任何元素的建造或破坏，无论是左值还是右值，也无论是否支持移动构造，都会被转移。这样使得无需多次更新迭代器了