设计：基础

0146. LRU 缓存 (opens new window)

题目

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。

解析

哈希表 + 双向链表，哈希表记录 key 和链表节点的映射关系，当需要淘汰时，从链表尾部删除节点；当需要更新时间戳时，通过哈希表获取节点，将其删除并插入到链表头。

代码

struct Node {
    int key, val;
    Node *prev, *next;
    Node(): key(0), val(0), prev(nullptr), next(nullptr) {}
    Node(int _key, int _val): key(_key), val(_val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
};

class LRUCache {
public:
    Node *head, *tail;
    unordered_map<int, Node*> h;
    int capacity, size;

    LRUCache(int _capacity): capacity(_capacity), size(0) {
        head = new Node();
        tail = new Node();
        head->next = tail;
        tail->prev = head;
    }
    
    int get(int key) {
        if (!h.count(key)) return -1;
        Node* node = h[key];
        removeNode(node);
        addNodeToHead(node);
        return node->val;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        if (h.count(key)) {
            Node* node = h[key];
            node->val = value;
            removeNode(node);
            addNodeToHead(node);
        } else {
            if (size == capacity) {
                Node* removed = tail->prev;
                h.erase(removed->key);
                removeNode(removed);
                size--;
            }
            Node* node = new Node(key, value);
            addNodeToHead(node);
            h[key] = node;
            size++;
        }
    }

    void removeNode(Node* node) {
        node->prev->next = node->next;
        node->next->prev = node->prev;
    }

    void addNodeToHead(Node* node) {
        node->prev = head;
        node->next = head->next;
        head->next->prev = node;
        head->next = 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);
 */